[發明專利]微機械懸臂梁式十六狀態可重構微波帶通濾波器

有效

• 申請號: 201410053258.8
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103812467A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 張志強;廖小平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03H7/12
• 分類號: H03H7/12;H01P1/20;B81B7/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明提出了微機械懸臂梁式十六狀態可重構微波帶通濾波器，屬于微電子機械系統（MEMS）的技術領域。

背景技術

濾波器是微波工程中最重要的器件之一。在無源濾波器的設計中，濾波器綜合法/插入損耗法的應用最為廣泛。這種方法包括以下幾個步驟：設計具有預期通帶特性的原型低通濾波器；根據指定的中心頻率和/或頻帶邊緣頻率，將原型網絡轉化為所需濾波器的類型（低通、高通、帶通或帶阻）；用集總和/或分布電路元件實現網絡。然而，在該方法中從原型低通濾波器經過頻率變換得到的帶通濾波器，不僅需要電感的數量較多，而且電感的電感量較大，通常高達幾十nH，而采用片上電感難以達到如此高的電感量。因此，在一些比較寬松的應用條件，可以采用簡單的拓撲形式的帶通濾波器，這極大地減小了電感的數量和電感量，從而減小了芯片面積以及由片上電感引起的寄生損耗。而MEMS技術是實現可重構帶通濾波器的最佳選擇。隨著當今微型化可重構微波通信系統的日益發展，要求在設計可重構微波帶通濾波器時需盡量采用數量少且數值小的片上平面電感和金屬-絕緣層-金屬（MIM）電容，特別是電感，以減小芯片面積和寄生損耗，并且能夠實現十六狀態的中心頻率和帶寬的改變。隨著MEMS技術的快速發展，并對MEMS懸臂梁的深入研究，使基于MEMS技術實現上述功能的懸臂梁式十六狀態可重構微波帶通濾波器成為可能。

發明內容

技術問題：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供了一種基于MEMS技術的懸臂梁式十六狀態可重構微波帶通濾波器，實現該可重構微波帶通濾波器具有十六狀態的中心頻率和帶寬的改變，并且具有較小的芯片面積。

技術方案：本發明通過在一個平面螺旋電感的左右兩側依次對稱放置兩個并聯連接到共面波導（CPW）信號線和地線之間的MIM電容以及兩個串聯連接到CPW信號線的MIM電容，從而構成了一個π型拓撲結構的微波帶通濾波器；通過將四個由引線連接的MIM電容對稱放置在平面螺旋電感的左右兩側且位于兩個并聯連接到CPW信號線和地線之間的MIM電容之間，同時在平面螺旋電感的左右兩側的任意一側的兩個由引線連接的MIM電容沿CPW信號線的前后兩側對稱放置；這四個由引線連接的MIM電容分別具有不同的電容值；四條引線分別串聯連接四個由引線連接的MIM電容，其中每條引線的一端與CPW信號線相連接，而另一端靠近CPW地線且在其末端上制作一個凸點；四個MEMS懸臂梁分別橫跨在四條引線末端的凸點上方，其中MEMS懸臂梁的一端通過錨區固定在CPW地線上而另一端處于自由狀態；在MEMS懸臂梁下方引線的附近有一個驅動電極；通過在一個或幾個MEMS懸臂梁和相應的驅動電極之間施加驅動電壓，使得一個或幾個MEMS懸臂梁與在其下方的凸點相接觸，從而實現該可重構微波帶通濾波器具有十六狀態的中心頻率和帶寬的改變。

本發明的微機械懸臂梁式十六狀態可重構微波帶通濾波器，在砷化鎵襯底上面設有CPW，CPW的中間位置是CPW信號線，CPW信號線的兩側是CPW地線，平面螺旋電感位于該濾波器平面的中間，在平面螺旋電感的左右兩側依次對稱放置兩個并聯連接到CPW信號線和地線之間的第一MIM電容和第二MIM電容以及兩個串聯連接到CPW信號線的第三MIM電容和第四MIM電容，構成π型拓撲結構形式的微波帶通濾波器；四個由引線連接的第五MIM電容、第六MIM電容、第七MIM電容和第八MIM電容對稱放置在平面螺旋電感的左右兩側且位于兩個并聯連接到CPW信號線和地線之間的第一MIM電容和第二MIM電容之間，同時在平面螺旋電感的左右兩側的任意一側的兩個由引線連接的第五MIM電容和第七MIM電容、或第六MIM電容和第八MIM電容沿CPW信號線的前后兩側對稱放置；四條引線分別串聯連接四個由引線連接的第五MIM電容、第六MIM電容、第七MIM電容和第八MIM電容，其中每條引線的一端與CPW信號線相連接，而另一端靠近CPW地線且在其末端上制作一個凸點；四個MEMS懸臂梁分別橫跨在四條引線末端的凸點上方；在每個MEMS懸臂梁下方引線的附近放置一個驅動電極，該驅動電極通過一條連接線與CPW地線外側的壓焊塊相連接；從而通過利用一個π型拓撲結構形式的微波帶通濾波器以及四個MEMS懸臂梁是否接觸引線上的凸點來分別控制四個由引線連接的第五MIM電容、第六MIM電容、第七MIM電容和第八MIM電容是否與CPW地線相連接，實現了該可重構微波帶通濾波器的十六狀態的中心頻率和帶寬的改變。