一种可调带通滤波器的制作方法

本发明涉及射频微机电系统技术领域，特别涉及一种可调带通滤波器。

背景技术：

带通滤波器(band-pass filter)是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。可调带通滤波器是指中心频率可调的带通滤波器，能够替代多个非可调的带通滤波器使用，大幅降低系统成本，显著减少装置体积。二十世纪九十年代以来，射频微机电系统(Radio Frequency Micro electro mechanical system，简称RF MEMS)是MEMS技术的重要应用领域之一，广泛应用于无线通信中。基于MEMS技术的共面波导可调带通滤波器具有低成本、小尺寸、易于集成的优势，是国际通信领域的研究热点。

传统的MEMS共面波导带通可调滤波器，是基于MEMS开关控制传输线等效电长度变换的原理，通过多个谐振器级联，并在每个谐振器上加载MEMS开关实现，这样的结构设置，不利于滤波器的小型化。而且现有的滤波器主要通过改变MEMS开关高度实现谐振器谐振频率的改变，由于MEMS开关高度的调节是通过开关梁的变形定位实现的，多次调节后，开关梁产生疲劳，高度调节不能精确定位，造成高度调节精度的降低，导致滤波器中心频率的调节精度随着使用次数的增加，逐渐降低，可靠性降低。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种可调带通滤波器，便于实现可调带通滤波器的小型化，提高中心频率调节的精确度，增加滤波器工作的可靠性。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种可调带通滤波器，技术方案如下：

一种可调带通滤波器，所述可调带通滤波器包括衬底、金属层、多个外置电极和多条高阻偏置线；

所述金属层覆盖在所述衬底上；

所述金属层上间隔设有两个滤波单元，两个所述滤波单元对称分布，所述滤波单元包括缝隙线组和多个MEMS开关；所述缝隙线组包括开口缝隙环、第一缝隙线、第二缝隙线和多条子缝隙线，所述第一缝隙线和第二缝隙线纵向间隔设置，且均从所述金属层横向的同一端延伸至所述开口缝隙环，所述多条子缝隙线均设置在所述开口缝隙环内，每条子缝隙线两端均横向延伸至所述开口缝隙环，所述多条子缝隙线将所述开口缝隙环内的金属层区域分割成多条子信号线，每条子缝隙线均为折线结构；

两个所述缝隙线组的开口缝隙环的开口相对；

所述缝隙线组的每条子缝隙线上均设有所述MEMS开关，所述MEMS开关设置在对应子缝隙线相邻的一条子信号线上，所述MEMS开关的两个桥墩分别设置在一条子信号线的缺口的横向两侧，所述MEMS开关的开关梁横跨在对应子缝隙线相邻的另一条子信号线上与所述缺口对应的突出块上，所述介质层设置在所述突出块上；

每条子信号线分别与一条所述高阻偏置线的第一端连接，每条所述高阻偏置线的第二端分别与一个所述外置电极连接。

优选地，同一缝隙线组的每条子缝隙线的长度均不相同；

和/或，同一缝隙线组对应的每个所述MEMS开关断开时的等效电容均不相同，闭合时的等效电容均不相同。

优选地，所述开口缝隙环为矩形开口缝隙环。

优选地，每个所述MEMS开关对应的突出块均呈矩形。

优选地，所述衬底采用高阻硅、玻璃、氧化铝、砷化镓中的任一种制成。

优选地，所述可调带通滤波器通过表面牺牲层工艺或体加工工艺制成。

优选地，所述金属层采用金、铝、铜、硅铝混合物、钛合金、铂金中的任一种制成。

优选地，所述高阻偏置线由多块方块电阻串联形成。

优选地，所述高阻偏置线的上设有氮化硅介质层，以隔开所述高阻偏置线与所述金属层。

综上可知，本发明实施例提供的一种可调带通滤波器，通过开口缝隙环以及在开口缝隙环内设置的多条子缝隙线，实现谐振器的功能，信号沿两个缝隙线组的缝隙传输，实现带通滤波功能；相对于采用级联方式的带通滤波器，便于实现滤波器的小型化。在子缝隙线上集成MEMS开关，通过外置电极控制开关梁与开关梁下方的介质层接触或处于自由状态，通过控制每个MEMS开关的这两种状态，实现调整滤波器的中心频率。这样调整中心频率的方式，不需要对开关梁的变形进行精确定位，相对于通过控制开关梁的高度调节提高了调整精度，增加滤波器工作的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可调带通滤波器的结构示意图；

图2为图1所示实施例未加载MEMS开关时的结构示意图；

图3为图1的A-A向剖视结构示意图；

图4为图3中的B部放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种可调带通滤波器，下面通过具体实施例，对本发明进行详细说明。

如图1和图2所示，图1示出了一种可调带通滤波器的结构示意图，图2为图1所示实施例未加载MEMS开关时的结构示意图，该可调带通滤波器包括衬底1、金属层2、多个外置电极(图中未示出)和多条高阻偏置线(图中未示出)；具体实施时，衬底1采用高阻硅、玻璃、氧化铝、砷化镓中的任一种制成，金属层2采用金、铝、铜、硅铝混合物、钛合金、铂金中的任一种制成，金属层2覆盖在衬底1上。具体的，图1、图2中白色区域为金属层，黑色区域为衬底。

金属层2上间隔设有滤波单元3，滤波单元3的数量为两个，这两个滤波单元3对称分布，为了说明方便，指定横向为图1中的左右方向，纵向是指与横向垂直的方向，具体地，两个滤波单元3关于与横向方向线垂直的一个对称面对称。

滤波单元3包括缝隙线组30和多个MEMS开关31；参照图2，图2为图1所示实施例中未加载MEMS开关31时的结构示意图，缝隙线组30是刻蚀在金属层2上的缝隙结构，每个缝隙线组30包括开口缝隙环300、第一缝隙线301、第二缝隙线302和多条子缝隙线303，第一缝隙线301和第二缝隙线302纵向间隔设置，且均从金属层2横向的同一端延伸至开口缝隙环300，多条子缝隙线303均设置在开口缝隙环300内，每条子缝隙线303两端均横向延伸至开口缝隙环300，多条子缝隙线303将开口缝隙环300内的金属层2区域分割成多条子信号线4，每条子缝隙线303均为折线结构。

需要说明的是，两个缝隙线组30的开口缝隙环300的开口相对。

由于第一缝隙线301和第二缝隙线302是从金属层2的端部延伸至开口缝隙环300的，这样可在金属层2上分割出输入/输出端线7；通过在金属层2上设置缝隙线组30，形成了位于两侧的地线5和位于中间的信号线6，信号线6包括输入/输出端线7和位于开口缝隙环300内的多条子信号线4。在开口缝隙环300开口的位置，形成以下结构：一个开口缝隙环300内的一条子信号线4与另一个开口缝隙环300内的一条子信号线4连接，并且该连接处分别通过第一连接线8和第二连接线9与两条地线5连接。

具体实施时，输入/输出端线7的第一端的宽度与与其接近的开口缝隙环300内的所有子信号线4和所有子缝隙线303的缝隙宽度之和相等，其中，输入/输出端线7的第一端是靠近该开口缝隙环300的，这样设置更有利于信号传输时的耦合。

本实施例中，第一缝隙线301和第二缝隙线302为对称的折线结构，这样设置灵活方便，可以实现输入/输出端线7结构的突变，方便滤波器的安装，当然，第一缝隙线301和第二缝隙线302也可设置成直线形式。

参阅图1、图2、图3、图4，图3为图1的A-A向剖视结构示意图；图4为图3中的B部放大图。缝隙线组30的每条子缝隙线303上均设有MEMS开关31，MEMS开关31设置在对应子缝隙线303相邻的一条子信号线4上，MEMS开关31的两个桥墩310分别设置在该子信号线4的缺口60的横向两侧，MEMS开关31的开关梁311横跨在对应子缝隙线303相邻的另一条子信号线4上与该缺口60对应的突出块61上，介质层312设置在该突出块61上；每条子信号线4分别与一条高阻偏置线的第一端连接，每条高阻偏置线的第二端分别与一条外置电极连接，具体的，子信号线与高阻偏置线一一对应连接，高阻偏置线与外置电极一一对应连接。

具体实施时，可以设置所有子信号线4的突出部位均朝同一方向突出，便于加工。当然，不限于此。

MEMS开关31的开关梁311处于自由状态时，MEMS开关31为断开状态；MEMS开关31所对应的一条子信号线4和另一条子信号线4，这两条子信号线4所对应的两条外置电极分别对这两条子信号线4加载上高/低电位电压，使得这两条子信号线4之间产生电压，从而在该MEMS开关31的开关梁311和另一条子信号线4之间产生静电力，即在该开关梁311与其所对应的突出块61之间产生静电力，在这个静电力的作用下，MEMS开关31的开关梁311发生弯曲形变，直至与该另一条子信号线4吸合，此时，MEMS开关31为闭合状态。

本实施例中，具体是通过控制每个MEMS开关31对应的两条子信号线4的压差，来控制每个MEMS开关31的断开或闭合，两个滤波单元3中对称位置的MEMS开关31同时处于断开或闭合状态，以确定滤波器的中心频率。

MEMS开关31由断开状态切换成闭合状态时，开关梁311与对应的突出块61之间的距离减小，MEMS开关31的电容增大，使得滤波器的中心频率减小；同理，MEMS开关31由闭合状态切换成断开状态时，开关梁311与对应的突出块61之间的距离增大，MEMS开关31的电容减小，使得滤波器的中心频率增大；因此，通过调整MEMS开关31的断开或闭合状态可实现对滤波器中心频率的调整。

应用图1所示的实施例，通过开口缝隙环300以及在开口缝隙环300内设置的多条子缝隙线303，实现谐振器的功能，信号沿两个缝隙线组30的缝隙传输，实现带通滤波功能；相对于采用级联方式的带通滤波器，便于实现滤波器的小型化。在子缝隙线303上集成MEMS开关31，通过外置电极控制开关梁311与开关梁311下方的介质层312接触或处于自由状态，通过控制每个MEMS开关31的这两种状态，实现调整滤波器的中心频率。这样调整中心频率的方式，不需要对开关梁311的变形进行精确定位，相对于通过控制开关梁311的高度调节滤波器的中心频率，提高了调整精度，增加滤波器工作的可靠性。

本实施例的中心频率的调节方式：

由于相邻的两个MEMS开关31共用一条子信号线4，因此，在对MEMS开关31进行通断控制时，如果两个MEMS开关31闭合，而这两个MEMS开关31之间只隔一个MEMS开关31，则这个MEMS开关31会处于闭合状态，具体可以控制实现以下多种工作状态，每种工作状态对应一个中心频率，各个频率之间可以自由切换。

参阅图1，设单个滤波器单元的子信号线4数量为N条，沿纵向，这N条子信号线4的加电方式为：依次以ABAB的方式接零电位电压和高电位电压，与地线5连接的子信号线4接零电位电压。具体控制方式包括以下几种：

1、全部MEMS开关31均处于断开状态时，可确定一个中心频率。

2、单独控制N条子信号线4的任意相邻两条子信号线4分别接上零电位电压和高电位电压，实现控制该MEMS开关31闭合，从而可确定N个中心频率。

3、控制两个MEMS开关31，使其均处于闭合状态，只要这两个MEMS开关31之间不是只隔有一个MEMS开关31即可实现控制，可确定个中心频率。

4、控制三个MEMS开关31，使其均处于闭合状态时，包括以下多种情况均可实现控制：

(1)三个MEMS开关31相邻，此时，可确定(N-2)个中心频率。

(2)当其中两个MEMS开关31相邻时，它们与另外一个MEMS开关31之间至少间隔2个开关，这样可确定个中心频率。

(3)三个MEMS开关31相互之间至少间隔2个MEMS开关31，这样可确定个中心频率。

5、控制四个MEMS开关31，使其均处于闭合状态时，包括以下多种情况均可实现控制：

(1)四个MEMS开关31相邻，可确定多个中心频率。

(2)当其中三个MEMS开关31相邻时，第四个MEMS开关31与它们相邻间隔至少2个MEMS开关31，可确定多个中心频率。

(3)当其中两个MEMS开关31(命名为第一组开关)相邻时，其他两个MEMS开关31(命名为第二组开关)部署条件有两种，一是第二组开关相邻，并与之前的第一组开关相邻间隔至少2个MEMS开关31；二是第二组开关相互间相邻间隔至少2个MEMS开关31，且与第一组开关相邻间隔至少2个MEMS开关31。

(4)四个MEMS开关31均不相邻，它们彼此之间相互间隔至少2个MEMS开关31，可确定多个中心频率。

依次类推，五、六……N个MEMS开关31的组合均类似。

通过上述方式具体地控制MEMS开关31的闭合或断开，在不同的组合之间切换实现不同的中心频率调整。由上述控制可以看出，滤波单元3对应的多个MEMS开关每处在一个确定的状态，均可确定一个中心频率，滤波单元3对应的多个MEMS开关所处的状态改变时，即实现调整了中心频率。

本实施例中，同一缝隙线组30的每条子缝隙线303的长度均不相同。和/或，滤波单元3对应的每条子缝隙线303上的MEMS开关31断开时的等效电容均不相同；每个滤波单元3对应的每条子缝隙线303上的MEMS开关31闭合时的等效电容均不相同。采用这两种方式中的任一种，对滤波器的中心频率都会产生较大的影响，不仅能够提高滤波器中心频率的调整范围，还能提高中心频率的调节幅度。

本实施例中，开口缝隙环300为矩形开口缝隙环，当然，这个开口缝隙环300也可以是环形或圆形等。

本实施例中，每个MEMS开关31对应的突出块61均呈矩形，当然，这个突出块61的形状也可以是三角形或其他不规则的形状，但是，矩形相对于这些形状，有利于使得开关梁311在静电力的作用下，受力均衡，防止开关梁311扭曲变形，避免因此而缩短开关梁311的寿命。

具体实施时，可调带通滤波器通过表面牺牲层工艺或体加工工艺制成。

本实施例中，每条高阻偏置线均由多块方块电阻串联形成，具体的，高阻线总电阻值在100～200kΩ，这样可以减少高阻偏置线中的电流。

本实施方式中，高阻偏置线的上设有氮化硅介质层，以隔开高阻偏置线与金属层2，可使高阻偏置线设置在金属层2上方。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。