[發(fā)明專利]一種可調(diào)微波帶通濾波器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910087815.7
• 申請(qǐng)日: 2009-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN101593863A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 繆旻;卜景鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/20
• 分類號(hào): H01P1/20;B81B7/02
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所（普通合伙）
• 代理人: 李稚婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于射頻、微波直至亞毫米波領(lǐng)域中，通帶頻率等濾波特性可調(diào)節(jié)的濾波器 件，具體涉及基于MEMS調(diào)控器件的微機(jī)械可調(diào)微波帶通濾波器。

背景技術(shù)

在無線通信及雷達(dá)系統(tǒng)的射頻/微波前端電路中，濾波器用于實(shí)現(xiàn)鏡頻干擾的濾除、噪 聲的抑制、頻分復(fù)用；在高性能的振蕩、放大、倍頻、混頻電路中，濾波器則用于實(shí)現(xiàn)具 有特定頻率的信號(hào)的選擇；此外，在濾波器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)有效的寬頻帶阻抗復(fù)用、 匹配網(wǎng)絡(luò)和耦合結(jié)構(gòu)。無線通信設(shè)備(包括基站和終端)以及雷達(dá)、電子戰(zhàn)裝備的微型化、 寬帶化、可移動(dòng)性和頻率捷變能力的增強(qiáng)，以及高性能的收發(fā)機(jī)架構(gòu)的演進(jìn)，促使包括濾 波器在內(nèi)的射頻元器件不斷向著微型化和單片集成化方向發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了濾波器電路 結(jié)構(gòu)和性能水平的不斷提高，并且相應(yīng)催生了可根據(jù)周圍應(yīng)用環(huán)境調(diào)節(jié)其濾波特性的射頻 /微波濾波器，即可調(diào)(諧)微波濾波器。通過各種調(diào)節(jié)控制器件的動(dòng)作，使射頻/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(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行快速調(diào)整，這可以大大 提高射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的靈活性和在復(fù)雜電磁環(huán)境中的適應(yīng)性，并可望推動(dòng)通信、雷達(dá)體制 的變革，因此可調(diào)濾波器近年來得到了世界各國(guó)科研機(jī)構(gòu)和跨國(guó)企業(yè)的高度重視。

目前國(guó)內(nèi)外所使用的可調(diào)諧微波濾波器根據(jù)其濾波特性的調(diào)控機(jī)構(gòu)的原理或結(jié)構(gòu)主要 可以分為四類：1)基于濾波器中傳輸線/波導(dǎo)電、磁介質(zhì)參數(shù)的調(diào)控結(jié)構(gòu)的濾波器；2)基 于常規(guī)機(jī)械伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)的濾波器；3)基于半導(dǎo)體調(diào)控器件(如起開關(guān)或者電容調(diào) 節(jié)作用的PIN管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的濾波器；和4)基于微機(jī)電系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱MEMS) 控制元件的濾波器。第一類器件通過改變介電材料的極化電壓、磁材料的激勵(lì)電流等方法， 改變?yōu)V波器的等效傳輸線參數(shù)，該類器件可以承受高微波功率，微波損耗較低，但其中常 用的鐵電體、鐵氧體控制器件難以微型化，而且相應(yīng)的偏置電路復(fù)雜，需要保持靜態(tài)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(diào)節(jié)需要 復(fù)雜的伺服機(jī)構(gòu)，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(yīng)用局限 于對(duì)器件微型化要求低、電源供應(yīng)穩(wěn)定的、高功率、非移動(dòng)的微波應(yīng)用場(chǎng)合。第三類濾波 器可以實(shí)現(xiàn)單片集成化，結(jié)構(gòu)緊湊，但由于其中微波需要通過PN結(jié)和半導(dǎo)體材料傳輸， 相應(yīng)產(chǎn)生的微波損耗和非線性會(huì)顯著影響其通帶性能，而且所需的偏置電路比較復(fù)雜，往 往需要由多個(gè)晶體管構(gòu)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(jī)械開關(guān)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(yōu)點(diǎn)， 是90年代末以來出現(xiàn)的新型微波器件，適合應(yīng)用在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等需要便攜性、 可移動(dòng)性、高集成度和低功耗的應(yīng)用領(lǐng)域。

在微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的MEMS技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科交叉的高新技術(shù)平臺(tái)。它 從已經(jīng)廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體、集成電路技術(shù)延伸而來，但超越了其與外部的多物理量的感測(cè) 和調(diào)控方面存在的局限。相應(yīng)的MEMS器件產(chǎn)品具有體積小、能耗和物耗低，制造方便、 成本低、性能優(yōu)良、便于與微觀世界、特別是納米世界接口等突出優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)技術(shù)正在國(guó) 民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)家安全及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域研究等方面發(fā)揮越來越重要的作用，甚至有可能影 響某些領(lǐng)域的發(fā)展走向。利用制作MEMS所用的微機(jī)械加工技術(shù)，可以制作出用于射頻(包 括微波、毫米波)領(lǐng)域的各種無源元件，包括電容、電感、開關(guān)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(diào)失真度低、易于與有源 電路集成等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可望替代現(xiàn)有射頻系統(tǒng)中的多個(gè)元件，降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，簡(jiǎn) 化其體系結(jié)構(gòu)。

目前人們利用MEMS技術(shù)開發(fā)出了基于微機(jī)械結(jié)構(gòu)的微型可調(diào)濾波器。它們的主要控 制元件是位于電磁波傳輸結(jié)構(gòu)上(主要是微帶線和共面波導(dǎo)等平面?zhèn)鬏斁€)的微動(dòng)平板電 容機(jī)械結(jié)構(gòu)，即微機(jī)械開關(guān)，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(jié)構(gòu)，也可以采用可上下或水平運(yùn)動(dòng)的矩形平板。這些結(jié)構(gòu)均由濺射或者電 鍍工藝所淀積的金、鋁等金屬材料所構(gòu)成。在外部電控制信號(hào)(一般為電壓控制信號(hào))作 用所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)作用下，這些電容橋膜結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變形，形成機(jī)械開關(guān)特有的開合動(dòng)作， 其作用相當(dāng)于一個(gè)可變的電容性阻抗，從而可以實(shí)現(xiàn)電路中元件的通斷控制或加載電容的 調(diào)節(jié)，改變?yōu)V波器的等效電路參數(shù)或電路結(jié)構(gòu)，并改變?yōu)V波器的頻率響應(yīng)。