[發明專利]一種基于MEMS電容電感移相單元的開關線型移相器

有效

• 申請號: 201110335347.8
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102509816A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 劉澤文;李玲
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01P1/18
• 分類號: H01P1/18
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于射頻微電子機械系統(RF?MEMS)領域，具體涉及一種小型化的開關線型移相器，尤其是一種基于MEMS電容電感移相單元的開關線型移相器。

背景技術

移相器是相位控制陣列中最重要的子系統，能夠對波的相位進行調整，在衛星通訊、雷達、導彈控制等領域有廣泛的應用。MEMS移相器一般可以分為分布式移相器、反射型移相器及開關線型移相器。分布式移相器又稱為DMTL(Distributed?Microelectro-mechanical?System?Transmission?Line)，它基于周期性加載離散可變電容的傳輸線，通過增加傳輸線上的分布電容使其相速度減小，產生相移，其設計相對容易，但需并聯多個開關或電容，使芯片面積較大。反射型移相器利用耦合器及傳輸信號和反射信號的相位進行移相，設計比較復雜，并且在高頻時耦合器還會增加額外的損耗。開關線型移相器利用MEMS開關控制微波信號從兩條電長度不同的傳輸線通過，得到不同的相位狀態，其原理簡單，但傳統的開關線型移相器也會占用較大的面積。

圖1所示為一個傳統的三位開關線型移相器，由微帶線結構實現。在一個移相單元中，RF?MEMS開關控制微波信號選擇通過兩條電長度不同的傳輸線中的其中一條。較短的一條傳輸線作為參考相位傳輸線，則微波信號通過較長一條傳輸線與通過較短傳輸線所得到的相移的差，即為該單元的相移值。如果需要得到較大的相移值，則需相應增加較長傳輸線的長度。該三位開關線型移相器可以實現2³個相移狀態，但由于不同移相位長度參差不齊，相移值大的單元長度較長，造成芯片面積浪費，并且用微帶線實現則需要在襯底上打孔，工藝較為復雜。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于MEMS電容電感移相單元的開關線型移相器，具有尺寸小、插入損耗低、隔離度高的特點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于MEMS電容電感移相單元的開關線型移相器，每個移相單元由兩個對稱的分單元連接組成，

每個分單元包括一個T型結2，T型結2的水平端連接信號的輸入輸出端11，T型結2的上端連接第一MEMS開關101的觸點端，T型結2的下端連接第二MEMS開關102的觸點端，第一MEMS開關101的錨點端接MEMS電容電感移相傳輸線4，MEMS電容電感移相傳輸線4的另一端連接第一傳輸線直角轉角501，第二MEMS開關102的錨點端連接參考移相位共面波導傳輸線3，參考移相位共面波導傳輸線3的另一端連接第二傳輸線直角轉角502；

兩個分單元之間通過第一傳輸線直角轉角501和第二傳輸線直角轉角502連接；

第一MEMS開關電極801通過第一隔離電阻901與第一引線701連接兩個分單元的第一MEMS開關101的下電極；

第二MEMS開關電極802通過第二隔離電阻902與第二引線702連接兩個分單元的第二MEMS開關102的下電極。

參考移相位共面波導傳輸線3與MEMS電容電感移相傳輸線4構成信號傳輸的兩條路徑，MEMS開關電極8通過隔離電阻9及引線7控制MEMS開關的通斷，使微波信號通過T型結2及MEMS開關選擇通過其中一條傳輸路徑。

所述移相單元設置在介質襯底6上，介質襯底6為硼浮玻璃襯底，可以有效地減小襯底損耗。

所述隔離電阻9用非晶硅材料制成。

所述T型結2上布置有呈方形的四個空氣橋10，用于抑制共面波導地線不對稱而產生的高階模式；T型結2采用臺階補償法即用較細的傳輸線代替原始傳輸線，來補償空氣橋10帶來的額外電容；T型結2的水平端設置一段高阻傳輸線，補償T型結2沒有信號通過端的開路短截線所產生的電容。

所述第一傳輸線直角轉角501和第二傳輸線直角轉角502上分別設置有兩個空氣橋10，用于抑制共面波導地線不對稱而產生的高階效應。

所述第一傳輸線直角轉角501和第二傳輸線直角轉角502采用臺階補償法，即用一段細的傳輸線來代替三角形的轉角，補償空氣橋10帶來的額外電容。

所述MEMS電容電感移相傳輸線4基于共面波導結構，MEMS電感位于中心信號線處，橋電容置于電感之上，兩端固定在兩側地線上。

所述參考移相位共面波導傳輸線3為一段普通的共面波導線，由兩側地線及中心信號線構成。

所述多個移相單元級聯就構成了多位移相器。

與現有技術相比，本發明的優點是：