谐振器|5G 毫米波滤波器，最佳方案是究竟是什么？( 三 )

“当我们对这种结构进行建模时，XBAR 提供了 5G 所需的能量、带宽和功率处理能力——尤其是当我们专注于 3 至 5 GHz 时，”他继续说道。“现在我们正在研究 5 到 7.1 GHz 的 WiFi，然后是 7 到 9 GHz 的超宽带。该模型可以用于毫米波吗？我们认为可以。”
XBAR 滤波器看起来很有前途，但重点是，它代表了在这个频率范围内的一种新方法。其他两种众所周知的毫米波滤波器技术是波导和腔体滤波器，但与使用声波的 SAW 和 BAW 滤波器不同，它们使用电磁波进行共振，都有广泛的结构选择，通常用于微波应用。
这些谐振器的尺寸通常根据频率范围而定，尺寸或间距在四分之一波长范围内。频率越高，波长越短，滤波器越小。对于 5G 频率，谐振器的尺寸在缩小——但仍然不能够装入手机。
“有一种叫做‘波导腔’的介质，它的高度和宽度决定了可以通过它传播的能量，”Vye 说。“低于该频率，能量不会传播，高于某个频率，就会出现调制问题。”
谐振器的使用有助于减少不必要的模式。“波导腔滤波器内部有一些柱子，”Vye 说。“它的作用与陶瓷滤波器相同，它的特性是根据柱子的尺寸，在特定频率下停止或传递能量。谐振器之间的物理尺寸将影响带宽，而谐振器的数量会影响衰减，即滤波器越多，衰减越快。但这样一来，就增加了滤波器的长度，也增加了过滤器的材料成本。”
对基站而言，由于可以容纳更大的尺寸，该技术是适合的，但对于手机而言，这一滤波器依然太大。
微带滤波器是频率高达 30 GHz 的另一种选择。通过这种设计，在印刷电路板 (PCB) 上创建微带线以支持电磁谐振。不过依然存在一个问题，一般来说， PCB 材料被普遍认为质量不高。
“PCB 的厚度变化、材料介电常数的变化以及印刷时线宽的变化，都会改变通带频率。”Eddy 说。
此外还有其他考虑。Flemming 说：“材料特性确实会推动性能表现，但市场上的材料屈指可数。这些非常高 Q 值的共振陶瓷材料特殊，通常价格更高。历史上 MLCC（多层陶瓷帽）是一种合理的材料，但它们在 25 GHz 左右开始失效。”
诱人的玻璃工艺
由于毫米波频率的波长较短，因此在硅或其他材料中制作波导成为可能。“这几乎就像 MEMS，因为你正在创建这些通道，微波信号可以通过蚀刻区然后在硅晶片上进行金属化，”Vye 解释说。
3D Glass 通过光刻工艺在玻璃而非硅中制作波导，通过暴露在紫外线下选择性地将非晶玻璃转化为晶体，被转化的结晶玻璃（实际上是陶瓷）更适合蚀刻，更便于创建通孔特征。
“陶瓷在酸中的蚀刻速度比玻璃快 60 倍，”Flemming 说。“我们可以做空腔，但这是一个定时蚀刻，因为这种陶瓷层有玻璃贯穿其中。”
可以通过这种方式制造电感器等结构，也可以用这种方式创建带有谐振器的腔，用于毫米波滤波。
“我用金属线做谐振器，几乎蚀刻掉了所有玻璃，” Flemming 说。“因此我的谐振器大部分都漂浮在空中。由于 5G 毫米波的限制因素是材料，如果我能去除材料，并使其在空中漂浮且坚固耐用，就可以称之为取得成功。这条悬浮的带状线可以达到大约 40 到 50 GHz。我们展示了 10% 到 15% 的带宽，这是相当广泛的。”
这些充满空气的空腔可以延伸到更高的回程频率。“我们正在 70 到 150 GHz 范围内进行大量的客户开发，”他指出。“有人称之为 5G，有人称之为 6G。”
过去的过滤器设计涉及多种制造以优化性能，但是变量太多，要求也很严格，不过如今可以使用模拟工具，以便在构建滤波器之前对其结构进行优化。
“如何封装以及如何连接到电路的其他部分非常重要，”Vye 说。“人们放弃了对设计的经验测试，依赖 EM （电磁模拟）技术来进行设计。”