[發(fā)明專利]基于MEMS技術(shù)的可調(diào)帶通濾波器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010000943.6
• 申請(qǐng)日: 2010-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN101777677A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧中亮;張乃柏;黃建明;韓柯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/20
• 分類號(hào): H01P1/20;B81B7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種能夠適用于射頻中不同頻段的選擇，主要應(yīng)用在軍事通信等，屬于RFMEMS(射頻微電子機(jī)械系統(tǒng))器件制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

基于MEMS技術(shù)的可調(diào)帶通濾波器結(jié)構(gòu)，目前應(yīng)用的可調(diào)濾波器結(jié)構(gòu)，技術(shù)方案和設(shè)計(jì)方法為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所掌握。存在不足之處為，可調(diào)濾波器在射頻段的可調(diào)范圍不大，即使可調(diào)，其插入損耗和回波損耗以及濾波性能都不盡人意，很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)。因此，很難實(shí)現(xiàn)在各種射頻通信設(shè)備和軍事等應(yīng)用上的要求。

發(fā)明內(nèi)容：

為了解決背景技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)是基于MEMS技術(shù)的可調(diào)帶通濾波器結(jié)構(gòu)，滿足了在不同的射頻段選頻的要求。所設(shè)計(jì)的可調(diào)帶通濾波器實(shí)現(xiàn)了插入損耗小及射頻段大范圍連續(xù)可調(diào)。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本發(fā)明利用MEMS技術(shù)和射頻技術(shù)，設(shè)計(jì)出的可調(diào)帶通濾波器，該濾波器的可調(diào)范圍在6G左右，插入損耗小于1.5dB，回波損耗大于10dB。

在共面波導(dǎo)信號(hào)線的中間部位(3)切斷，在切斷部位的兩邊地上跨接一個(gè)MEMS開關(guān)(9)，MEMS開關(guān)(9)的面積必須大于被切斷的信號(hào)線部分的面積，同時(shí)MEMS開關(guān)(9)對(duì)地(2)覆蓋的面積必須大于MEMS開關(guān)(9)對(duì)信號(hào)線(1)和襯底(10)的覆蓋面積，跨接在信號(hào)線(1)兩邊地上的MEMS開關(guān)(9)，其一端直接接地，另一端通過介質(zhì)(8)隔離絕緣。MEMS開關(guān)高度(6)與地減信號(hào)線的厚度(5)的比值小于1.5，信號(hào)線的厚度(4)與地的厚度(11)比值不大于0.2。在信號(hào)線和地之間加載可調(diào)節(jié)的直流電壓用于改變MEMS開關(guān)高度(6)的高度。同時(shí)MEMS開關(guān)(9)、信號(hào)線(1)和地(2)用的材料為電導(dǎo)率高的金屬材料。技術(shù)方案：

基于MEMS技術(shù)的可調(diào)帶通濾波器結(jié)構(gòu)，主要的結(jié)構(gòu)是共面波導(dǎo)(1)，信號(hào)線切斷部分(3)，MEMS開關(guān)(9)，介質(zhì)絕緣體(8)。對(duì)信號(hào)線中間部位(3)切斷的作用在于，使大部分的頻率信號(hào)被阻斷，部分頻率信號(hào)耦合通過；MEMS開關(guān)(9)的作用是加大耦合的強(qiáng)度，使更多的頻率信號(hào)耦合通過，選擇合適的尺寸，則可得到特定的濾波器；MEMS開關(guān)(9)的另一個(gè)用途是，通過MEMS開關(guān)高度(6)的連續(xù)調(diào)節(jié)，可使帶通濾波器的通帶中心頻率連續(xù)變化，而MEMS開關(guān)高度(6)變化是通過加載在信號(hào)線和地之間的可調(diào)直流電壓來控制的，這樣就構(gòu)成了一個(gè)通過改變直流電壓來改變通帶中心頻率的濾波器，即可調(diào)帶通濾波器。

如何使MEMS開關(guān)高度(6)的調(diào)節(jié)范圍大，那么信號(hào)線(1)，地(2)及MEMS開關(guān)(9)又需要滿足什么條件？首先必須考慮MEMS開關(guān)的下塌效應(yīng)，即當(dāng)開關(guān)上極板下拉高度超過開關(guān)兩極板高度的1/3時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，MEMS開關(guān)高度(6)與地減信號(hào)線的厚度(5)的比值小于1.5，這樣MEMS開關(guān)在高度(6)的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)至少一半高度范圍的可控制，若MEMS開關(guān)高度(6)與地減信號(hào)線的厚度(5)的比值不大于0.5時(shí)，則MEMS開關(guān)在高度(6)的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)全程可控。為了避免地(2)和信號(hào)線(1)的金屬層厚度過厚，則信號(hào)線的厚度(4)與地的厚度(11)比值不大于0.2。

MEMS開關(guān)(9)的面積大于信號(hào)線中間部位切斷部分的面積，這是為了使部分頻率信號(hào)可以耦合通過，且MEMS開關(guān)(9)覆蓋地的面積大于對(duì)信號(hào)線(1)和襯底(10)的覆蓋面積。同時(shí)為了減小損耗，金屬材料采用電阻率小的金屬，襯底采用損耗小的材料，如高祖硅，石英玻璃等。

附圖說明：

圖1是切斷信號(hào)線的共面波導(dǎo)俯視圖，結(jié)構(gòu)(1)為共面波導(dǎo)信號(hào)線，結(jié)構(gòu)(2)為地，結(jié)構(gòu)(3)為刻蝕掉的信號(hào)線部分，

圖2是加載了MEMS開關(guān)可調(diào)帶通濾波器的立體圖，

圖3是MEMS開關(guān)的剖面圖，結(jié)構(gòu)(4)為信號(hào)線，(5)為地厚度與信號(hào)線厚度之差，(6)為MEMS開關(guān)相對(duì)地的高度，(7)為MEMS開關(guān)相對(duì)信號(hào)線的高度，結(jié)構(gòu)(8)介質(zhì)絕緣層，結(jié)構(gòu)(9)為MEMS開關(guān)，結(jié)構(gòu)(10)為襯底，(11)為地的厚度。

圖4為可調(diào)帶通濾波器的插入損耗，1.5um，1um，0.7um分別表示MEMS開關(guān)高度(6)為不同值，及其對(duì)應(yīng)的插入損耗曲線，

圖5為可調(diào)帶通濾波器的回波損耗，1.5um，1um，0.7um分別表示MEMS開關(guān)高度(6)為不同值，及其對(duì)應(yīng)的回波損耗曲線。

具體實(shí)施方式：

在1-35Ghz的頻段范圍，基于MEMS技術(shù)的可調(diào)帶通濾波器結(jié)構(gòu)，中間信號(hào)線部位被切斷，且在其上方跨接一個(gè)MEMS開關(guān)，通帶的帶寬和中心頻點(diǎn)根據(jù)結(jié)構(gòu)(9)和結(jié)構(gòu)(3)的各個(gè)尺寸大小而定