[发明专利]基于硅工艺的三维结构TM010-λ/4毫米波谐振器

说明书

技术领域

本发明涉及基于硅技术的毫米波振荡源发生装置，尤其是涉及一种基于硅 工艺的三维结构TM010-λ/4毫米波谐振器。

背景技术

随着无线通信与无线网络的发展，微波波段频谱资源已不堪重负，进一步 开发、利用比微波频段有更大带宽、更大通信容量的毫米波频谱资源甚为迫切。 近年来，对于毫米波波段应用的研究(如短距离大容量无线通信系统、传感器 网络、车辆防撞系统等)已成为一个研究热点。特别是对于60GHz频段，美国 FCC(Federal Communication Commissions)已将57-64GHz频段作为工业、科学、 医疗(ISM)应用频段，日本和欧洲也已开放59-62GHz频段。

毫米波射频集成电路前端传统上主要基于化合物半导体如砷化镓、磷化铟 等。近年来随着RFCMOS，SiGe BiCMOS的进步，现代先进的SiGe双极晶体管 截至频率已超过200GHz，毫米波集成电路前端已可基于硅技术实现，这使得毫 米波射频前端电路与数字信号处理等电路集成到同一硅基片上成为可能，从而 实现规模生产，显著地降低成本，使基于硅技术的通信、网络与雷达装置同目 前的移动通信设备一样走进千家万户。

目前基于硅技术的毫米波射频集成电路研究的薄弱环节之一是射频振荡器 功率输出较小，一般都在10dBm(10mW)量级，对于毫米波无线通信系统中的基 站以及毫米波雷达的发射机而言，很多情况下不能满足应用需求。针对这一问 题，本发明公开一种基于硅工艺的三维结构TM₀₁₀-λ/4毫米波谐振器，可以将振 荡器输出功率提高一个数量级。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于硅工艺的三维结构TM010-λ/4毫米波谐振 器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

该谐振器由硅基片层上的两个以上有源电路，封装层上与有源电路相应个 数的λ/4谐振器，金属圆柱，工作在TM010模的包括第一导电金属板、圆柱波 导和第二导电金属板构成的圆柱波导谐振器和用于功率输出的矩形波导组成； 每个有源电路的两个输出端a、b与对应λ/4谐振器的两个开路端在硅基片层与 封装层交界处进行连接，每个λ/4谐振器的两个短路端与圆柱波导谐振器在第一 导电金属板上连接，通过第一导电金属板上的槽缝实现能量耦合，矩形波导装 配在第一、第二导电金属板之间，矩形波导的一个矩形壁和圆柱波导外壁相交， 相交的公共部分去除以实现矩形波导和圆柱波导的能量耦合。

本发明具有的有益的效果是：

该三维结构TM₀₁₀-λ/4谐振器中的λ/4谐振器做成三维结构，适合于在基于 硅工艺的封装层面上实现；构成λ/4谐振器的差分传输线与基片表面垂直，也即 与基片表面平行分布的电源线、信号线正交，相互耦合影响小，同时与传统二 维差分传输线相比，三维结构差分传输线远离硅基片层，基片损耗影响降低； TM₀₁₀圆柱波导谐振器的储能(或Q值)远高于λ/4谐振器，故该三维结构 TM₀₁₀-λ/4谐振器的Q值将可以较传统λ/4谐振器大很多；该三维结构TM₀₁₀-λ/4 谐振器可以有效的将多个λ/4谐振器的功率进行合成，获得高于传统λ/4谐振器 输出功率一个数量级的振荡输出。因此，在基于硅工艺的毫米波集成电路领域 具有重要的应用价值。

附图说明

图1是本发明公开的TM₀₁₀-λ/4谐振器纵剖视图。

图2是本发明中的硅基片上基于反相器对的有源电路实现方式。

图3是本发明中的硅基片上基于交叉耦合对的有源电路实现方式。

图4是本发明中的λ/4谐振器三维结构图。

图5是图1中A-B剖切的横剖视图。

图6是本发明中的TM₀₁₀圆柱波导谐振器三维结构图。

图7是图1的线C-D剖切的横剖视图。

图中：1、有源电路，2、λ/4谐振器，3、金属圆柱，4、TM₀₁₀圆柱波导谐 振器，4a、第一导电金属板，4b、圆柱波导，4c、第二导电金属板，5、矩形波 导，6、槽缝。

具体实施方式