专利名称：一种基于mems电容电感移相单元的开关线型移相器的制作方法
技术领域：
本发明属于射频微电子机械系统(RF MEMS)领域，具体涉及一种小型化的开关线型移相器，尤其是一种基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器。
背景技术：
移相器是相位控制阵列中最重要的子系统，能够对波的相位进行调整，在卫星通讯、雷达、导弹控制等领域有广泛的应用。MEMS移相器一般可以分为分布式移相器、反射型移相器及开关线型移相器。分布式移相器又称为DMTUDistributed Microelectro-mechanical System Transmission Line),它基于周期性加载离散可变电容的传输线，通过增加传输线上的分布电容使其相速度减小，产生相移，其设计相对容易，但需并联多个开关或电容，使芯片面积较大。反射型移相器利用耦合器及传输信号和反射信号的相位进行移相，设计比较复杂，并且在高频时耦合器还会增加额外的损耗。开关线型移相器利用MEMS开关控制微波信号从两条电长度不同的传输线通过，得到不同的相位状态， 其原理简单，但传统的开关线型移相器也会占用较大的面积。图1所示为一个传统的三位开关线型移相器，由微带线结构实现。在一个移相单元中，RF MEMS开关控制微波信号选择通过两条电长度不同的传输线中的其中一条。较短的一条传输线作为参考相位传输线，则微波信号通过较长一条传输线与通过较短传输线所得到的相移的差，即为该单元的相移值。如果需要得到较大的相移值，则需相应增加较长传输线的长度。该三位开关线型移相器可以实现23个相移状态，但由于不同移相位长度参差不齐，相移值大的单元长度较长，造成芯片面积浪费，并且用微带线实现则需要在衬底上打孔，工艺较为复杂。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，具有尺寸小、插入损耗低、隔离度高的特点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，每个移相单元由两个对称的分单元连接组成，每个分单元包括一个T型结2，T型结2的水平端连接信号的输入输出端11，T型结2的上端连接第一 MEMS开关101的触点端，T型结2的下端连接第二 MEMS开关102的触点端，第一 MEMS开关101的锚点端接MEMS电容电感移相传输线4，MEMS电容电感移相传输线4的另一端连接第一传输线直角转角501，第二 MEMS开关102的锚点端连接参考移相位共面波导传输线3，参考移相位共面波导传输线3的另一端连接第二传输线直角转角502 ；两个分单元之间通过第一传输线直角转角501和第二传输线直角转角502连接；第一 MEMS开关电极801通过第一隔离电阻901与第一引线701连接两个分单元的第一 MEMS开关101的下电极；
第二 MEMS开关电极802通过第二隔离电阻902与第二引线702连接两个分单元的第二 MEMS开关102的下电极。参考移相位共面波导传输线3与MEMS电容电感移相传输线4构成信号传输的两条路径，MEMS开关电极8通过隔离电阻9及引线7控制MEMS开关的通断，使微波信号通过 T型结2及MEMS开关选择通过其中一条传输路径。所述移相单元设置在介质衬底6上，介质衬底6为硼浮玻璃衬底，可以有效地减小衬底损耗。所述隔离电阻9用非晶硅材料制成。所述T型结2上布置有呈方形的四个空气桥10，用于抑制共面波导地线不对称而产生的高阶模式；T型结2采用台阶补偿法即用较细的传输线代替原始传输线，来补偿空气桥10带来的额外电容；T型结2的水平端设置一段高阻传输线，补偿T型结2没有信号通过端的开路短截线所产生的电容。所述第一传输线直角转角501和第二传输线直角转角502上分别设置有两个空气桥10，用于抑制共面波导地线不对称而产生的高阶效应。所述第一传输线直角转角501和第二传输线直角转角502采用台阶补偿法，即用一段细的传输线来代替三角形的转角，补偿空气桥10带来的额外电容。所述MEMS电容电感移相传输线4基于共面波导结构，MEMS电感位于中心信号线处，桥电容置于电感之上，两端固定在两侧地线上。所述参考移相位共面波导传输线3为一段普通的共面波导线，由两侧地线及中心信号线构成。所述多个移相单元级联就构成了多位移相器。与现有技术相比，本发明的优点是采用MEMS电容电感移相传输线，有效减小了移相器的整体尺寸，使用共面波导结构，避免了复杂的通孔工艺，选择串联接触式MEMS开关，使MEMS开关所占面积最小，在直角转角及T型结处进行台阶补偿，有效地降低了损耗。
图1为一个传统的三位开关线型移相器示意图。图2为本发明一个单元的开关线型移相器示意图。图3为本发明MEMS电容电感移相单元放大示意图。图4为本发明MEMS开关示意图。图5为本发明三位MEMS移相器级联结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。参见图1，为一个传统的三位开关线型移相器，其结构主要包括三个开关线型移相器单元，每个单元包括RF MEMS开关22、参考相位传输线20以及延迟传输线23，微波信号输入端21位于RF MEMS开关22与参考相位传输线20之间，微波信号输出端M与微波信号输入端21空间对称，延迟传输线23相对于参考相位传输线20有较大的电长度，RF MEMS开关22控制微波信号选择通过其中一条传输线，若微波信号通过参考相位传输线得到的相位偏移为θ ”通过延迟传输线得到的相位偏移为θ 2，则该移相器的相移值为θ2-θ1()参见图2，为本发明一个移相单元，每个移相单元由两个对称的分单元连接组成， 每个分单元包括一个T型结2，Τ型结2的水平端连接信号的输入输出端11，用以将信号分流，T型结2的上端连接第一 MEMS开关101的触点端，T型结2的下端连接第二 MEMS开关 102的触点端，以减小没有信号通过的传输线上开路短截线的长度；MEMS开关采用串联接触式开关，使所占面积最小化，第一MEMS开关101的锚点端接MEMS电容电感移相传输线4， MEMS电容电感移相传输线4的另一端连接第一传输线直角转角501，第二 MEMS开关102的锚点端连接参考移相位共面波导传输线3，参考移相位共面波导传输线3的另一端连接第二传输线直角转角502 ；第一 MEMS开关电极801通过第一隔离电阻901与第一引线701连接两个分单元的第一 MEMS开关101的下电极；第二 MEMS开关电极802通过第二隔离电阻 902与第二引线702连接两个分单元的第二 MEMS开关102的下电极，控制MEMS开关的通断；隔离电阻9用以隔离射频信号与驱动电极旁路，防止串联接触式MEMS开关处于闭合态时射频信号与驱动直流电压之间的串扰。两个分单元之间通过第一传输线直角转角501和第二传输线直角转角502连接构成一个移相单元，移相单元设置在介质衬底6上，介质衬底 6为硼浮玻璃衬底，可以有效地减小衬底损耗。参考移相位共面波导传输线3与MEMS电容电感移相传输线4构成信号传输的两条路径，MEMS开关电极8通过隔离电阻9及引线7控制MEMS开关的通断，使微波信号通过 T型结2及MEMS开关选择通过其中一条传输路径。T型结2上布置有呈方形的四个空气桥10，用于抑制共面波导地线不对称而产生的高阶模式；τ型结2采用台阶补偿法即用较细的传输线代替原始传输线，来补偿空气桥10 带来的额外电容；T型结2的水平端设置一段高阻传输线，补偿T型结2没有信号通过端的开路短截线所产生的电容。第一传输线直角转角501和第二传输线直角转角502上分别设置有两个空气桥 10，用于抑制共面波导地线不对称而产生的高阶效应。第一传输线直角转角501和第二传输线直角转角502采用台阶补偿法，即用一段细的传输线来代替三角形的转角，补偿空气桥10带来的额外电容。MEMS电容电感移相传输线4基于共面波导结构，MEMS电感位于中心信号线处，桥电容置于电感之上，两端固定在两侧地线上。参考移相位共面波导传输线3为一段普通的共面波导线，由两侧地线及中心信号线构成。两段共面波导地线之间通过上层金属12连接。参见图3，为本发明MEMS电容电感移相单元放大图，其结构主要包括蛇形电感13、 空气桥电容14、锚点15、共面波导地线16、衬底6。选择蛇形电感13避免了立体结构，便于其上方空气桥电容14的制作，将空气桥电容14置于蛇形电感13上方，有效缩小了芯片面积。蛇形电感13与空气桥电容14组合，实现对微波信号的移相，与普通的共面波导信号线相比能在较短的距离内实现较大的相移值。参见图4，为MEMS开关示意图，其结构主要包括MEMS开关上电极la、MEMS开关下电极lb、MEMS开关接触凸点lc、MEMS开关锚点Id、微波信号传输线le、引线7、MEMS开关电极8、隔离电阻9、介质衬底6、绝缘介质16。MEMS开关上电极Ia通过MEMS开关锚点Id与微波信号传输线Ie相连，MEMS开关接触凸点Ic设于微波信号传输线Ie上，与MEMS开关上电极Ia的自由端相对应，MEMS开关下电极Ib设于介质衬底6上，与引线7相连，绝缘介质16设于MEMS开关上电极Ia与MEMS开关下电极Ib之间，隔离电阻9与引线7设于介质衬底6上，由绝缘介质16所覆盖，MEMS开关电极8设于介质衬底6上，没有被绝缘介质16 所覆盖。 参见图5，为本发明三位MEMS移相器示意图，由三个移相单元级联组成，其结构主要包括180°移相单元A、90°移相单元B、45°移相单元C，三个单元相级联，构成基于MEMS 电容电感移相单元的三位开关线型移相器，通过MEMS开关对微波信号通过路径的控制，可实现 0° /360°，45°，90°，135°，180°，225°，270°，315° 的相移。当 MEMS 开关 1-1、 1-2、1-3、1-4、1-5、1-6 接通，1-12、1-11、1-10、1-9、1-8、1-7 断开时，可实现 0° /360° 的相移；当 MEMS 开关 1-1、1-2、1-3、1-4、1-8、1-7 接通，1-12、1-11、1-10、1-9、1-5、1_6 断开时，可实现 45° 的相移；当 MEMS 开关 1-1、1-2、1-10、1-9、1-5、1-6 接通，1-12、1-11、1-3、 1-4、1-8、1-7 断开时，可实现 90° 的相移；当 MEMS 开关 1-1、1-2、1-10、1-9、1-8、1-7 接通， 1-12、1-11、1-3、1-4、1-5、1-6 断开时，可实现 135° 的相移；当 MEMS 开关 1-12、1-11、1-3、 1-4、1-5、1-6 接通，1-1、1-2、1-10、1-9、1-8、1-7 断开时，可实现 180° 的相移；当 MEMS 开关 1-12、1-11、1-3、1-4、1-8、1-7 接通，1-1、1-2、1-10、1-9、1-5、1-6 断开时，可实现 225° 的相移；当 MEMS 开关 1-12、1-11、1-10、1-9、1-5、1-6 接通，1-1、1-2、1-3、1-4、1-8、1-7 断开时， 可实现 270° 的相移；当 MEMS 开关 1-12、1-11、1-10、1-9、1-8、1-7 接通，1-1、1-2、1-3、1-4、 1-5、1-6断开时，可实现315°的相移。
权利要求
1.一种基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，每个移相单元由两个对称的分单元连接组成，其特征在于，每个分单元包括一个T型结0)，T型结O)的水平端连接信号的输入输出端(11)，T 型结O)的上端连接第一 MEMS开关(101)的触点端，T型结O)的下端连接第二 MEMS开关(102)的触点端，第一 MEMS开关(101)的锚点端接MEMS电容电感移相传输线G)，MEMS 电容电感移相传输线的另一端连接第一传输线直角转角(501)，第二 MEMS开关(102) 的锚点端连接参考移相位共面波导传输线(3)，参考移相位共面波导传输线(3)的另一端连接第二传输线直角转角(502)；两个分单元之间通过第一传输线直角转角(501)和第二传输线直角转角(50 连接；第一 MEMS开关电极(801)通过第一隔离电阻(901)与第一引线(701)连接两个分单元的第一 MEMS开关(101)的下电极；第二 MEMS开关电极(802)通过第二隔离电阻(902)与第二引线(702)连接两个分单元的第二 MEMS开关(102)的下电极。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，其特征在于，所述移相单元设置在介质衬底(6)上。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，其特征在于，所述T型结(2)上布置有呈方形的四个空气桥(10)，用于抑制共面波导地线不对称而产生的高阶模式。
4.根据权利要求3所述的基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，其特征在于，所述T型结(2)采用台阶补偿法补偿空气桥(10)带来的额外电容。
5.根据权利要求3所述的基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，其特征在于，所述T型结O)的水平端设置一段高阻传输线，补偿T型结(2)没有信号通过端的开路短截线所产生的电容。
6.根据权利要求1所述的基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，其特征在于，所述第一传输线直角转角(501)和第二传输线直角转角(502)上分别设置有两个空气桥(10)，用于抑制共面波导地线不对称而产生的高阶效应。
7.根据权利要求6所述的基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，其特征在于，所述第一传输线直角转角(501)和第二传输线直角转角(502)采用台阶补偿法补偿空气桥(10)带来的额外电容。
8.根据权利要求1所述的基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，其特征在于，所述MEMS电容电感移相传输线(4)基于共面波导结构，MEMS电感位于中心信号线处， 桥电容置于电感之上，两端固定在两侧地线上。
9.根据权利要求1所述的基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，其特征在于，所述参考移相位共面波导传输线(3)为一段普通的共面波导线，由两侧地线及中心信号线构成。
10.根据权利要求1所述的基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，其特征在于，由所述多个移相单元级联构成多位移相器。
全文摘要
本发明为一种基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，包括MEMS开关、T型结、参考移相位共面波导传输线、MEMS电容电感移相传输线、传输线直角转角、MEMS开关电极、引线、隔离电阻及介质衬底；参考移相位共面波导传输线及嵌入MEMS电容电感的移相传输线构成开关线型移相器的两条传输路径；MEMS开关设于T型结上，用于选通两条传输路径；传输线直角转角用于连接两段相互垂直的传输线；本发明的优点是通过MEMS电容电感构成的相位延迟单元，有效地减小了移相器的整体尺寸；将几个基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器级联，可以得到小型化的基于MEMS电容电感移相单元的多位开关线型移相器。
文档编号H01P1/18GK102509816SQ20111033534
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者刘泽文, 李玲 申请人:清华大学