[發明專利]微機械可調微波帶通濾波器

無效

• 申請號: 200710303767.1
• 申請日: 2007-12-21
• 公開（公告）號: CN101212076A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 繆旻;卜景鵬;趙立葳
• 申請（專利權）人: 北京信息工程學院
• 主分類號: H01P1/212
• 分類號: H01P1/212;H01P1/20
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明是關于，射頻、微波等領域中，通帶頻率等濾波特性可調節的濾波器件，具體地說，是基于MEMS調控器件的微機械可調微波帶通濾波器。

背景技術

濾波器在無線通信和雷達電路中是一種關鍵的射頻器件。鏡頻干擾的濾除、噪聲的抑制、頻分復用及在高性能的振蕩、放大、倍頻、混頻電路中的信號頻率選擇，都需要濾波器來實現。另外，有效的寬頻帶阻抗匹配網絡和耦合結構也是在濾波器結構基礎上實現的。無線通信設備(包括基站和終端)以及雷達、電子戰裝備的微型化、寬帶化、可移動性和頻率捷變能力的增強，以及高性能的收發機架構的演進，促使包括濾波器在內的射頻元器件不斷向著微型化和單片集成化方向發展，同時也催生了各種電路結構和性能水平不斷提高、而且可根據周圍環境進行調諧的射頻/微波濾波器，使調射頻/微波濾波器的通帶/阻帶特性和工作中心頻率等都可以在計算機控制下進行快速調整，這可以大大提高射頻收發機系統的靈活性和在復雜電磁環境中的適應性，并可望推動通信、雷達體制的變革。

目前國內外所使用的可調諧微波濾波器主要可以分為四類：1)基于電、磁介質參數可調節(主要是鐵氧體元件)的控制結構的濾波器；2)基于常規伺服機構調節的濾波器；3)基于半導體調控器件(如起開關或者電容調節作用的PIN管、場效應晶體管)的濾波器；和4)基于微機電系統(以下簡稱MEMS)控制元件的濾波器。第一類器件可以承受高微波功率，微波損耗較低，但鐵氧體控制器件難以微型化，相應的偏置電路復雜，需要保持靜態偏置電流，因此控制功耗很大，第二類也可以承受較大微波功率，微波損耗很小，但調節需要復雜的伺服機構，控制功耗和器件體積均較大。因此，第一類和第二類濾波器的應用局限于對器件微型化要求低、電源供應穩定的、高功率的微波應用場合。第三類濾波器可以實現單片集成化，結構緊湊，但由于其中微波需要通過PN結和半導體材料傳輸，相應產生的微波損耗和非線性會顯著影響其通帶性能，而且所需的偏置電路比較復雜，往往需要由多個晶體管構成，控制功耗難以降低，因此目前沒有得到推廣。第四類濾波器是基于微機械開關控制元件的濾波器，具有微波損耗小、多功能、可單片集成等重要優點，是90年代末以來出現的新型微波器件，適合應用在移動通信、衛星通信等需要便攜性、可移動性、高集成度和低功耗的應用領域。

在微電子技術的基礎上發展而來的MEMS技術是一個多學科交叉的高新技術，它從已經廣泛應用的半導體、集成電路技術延伸而來，但超越了其局限。相應的MEMS器件產品具有體積小、能耗和物耗低，制造方便、成本低、性能優良、便于與微觀世界、特別是納米世界接口等突出優點。整個技術將在國民經濟建設、國家安全及多個學科領域研究等方面發揮越來越重要的作用，甚至有可能影響某些領域的發展走向。利用制作MEMS所用的微機械加工技術，可以制作出用于射頻(包括微波、毫米波)領域的各種無源元件，包括電容、電感、開關控制器件、諧振器/濾波器等。這些元件具有插入損耗小、隔離度好、Q值高、非線性和互調失真度低、易于與有源電路集成等獨特的優勢，可望替代現有射頻系統中的多個元件，降低整個系統的功耗，簡化其體系結構。

目前人們利用MEMS技術開發出了基于微機械結構的微型可調濾波器。它們的主要控制元件是位于電磁波傳輸結構上(主要是微帶線和共面波導等平面傳輸線)的微動平板電容機械結構，即微機械開關，其形狀可以采用類似于MMIC(單片微波集成電路)中雙端固定的空氣橋結構，也可以采用可上下或水平運動的矩形平板。這些結構均由濺射或者電鍍工藝所淀積的金、鋁等金屬材料所構成。在外部電控制信號(一般為電壓控制信號)作用所產生的靜電場作用下，這些電容橋膜結構會發生變形，形成機械開關特有的開合動作，其作用相當于一個可變的電容性阻抗，從而可以實現電路中元件的通斷控制或加載電容的調節，改變濾波器的等效電路參數或電路結構，并改變濾波器的頻率響應。