一种可调带阻滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种可调带阻滤波器，包括金属层、衬底、谐振器单元、低压外置电极和高阻偏置线；两条第一缝隙线将金属层分割成信号线和两个分别位于信号线两侧的地线；可调带阻滤波器关于信号线的横向中心线对称；谐振器单元包括：设置在同一侧地线上多个缝隙环、多个缝隙连接线和多个集成开关单元；多个缝隙环沿第一缝隙线延伸方向间隔分布且依次通过缝隙连接线连通；集成开关单元包括第二缝隙线和MEMS开关；MEMS开关包括桥墩、悬臂梁、接触体、高压外置电极；谐振器单元的多个集成开关单元沿第一缝隙线延伸方向间隔设置。本发明实施例能够实现带阻滤波器的中心频率可调，以及可作为直通传输线使用的功能，并能提高中心频率调节的可靠性。
【专利说明】
一种可调带阻滤波器
技术领域
[0001]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阻滤波器。
【背景技术】
[0002]滤波器是通信系统的核心部件，带阻滤波器(bandstopfilters，简称BSF)是指能通过大多数频率分量，但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。可调带阻滤波器能够代替多个非可调带阻滤波器功能，大幅降低系统成本，基于的MEMS技术的共面波导可调带阻滤波器具有低成本、小尺寸、易于集成的优势，是国际通信领域的研究热点。
[0003]传统的共面波导可调带阻滤波器是通过改变MEMS开关高度实现谐振器谐振频率的改变，这样设计造成:中心频率的调节精度随着使用次数的增加，急剧降低，滤波器工作的可靠性较低。这主要是因为:MEMS开关高度的调节是通过开关梁的变形实现的，多次调节后，开关梁容易产生疲劳，开关梁的高度定位精度急剧下降。同时，现有的可调滤波器只能作为滤波器使用，不能作为直通传输线使用，这样给使用带来很多不便。
【发明内容】
[0004]本发明实施例的目的在于提供一种可调带阻滤波器，以实现带阻滤波器的中心频率可调，以及可作为直通传输线使用的功能，并能提高中心频率调节的可靠性。
[0005]为达到上述目的，本发明实施例公开了一种可调带阻滤波器，技术方案如下:
[0006]—种可调带阻滤波器，包括金属层、衬底、谐振器单元、低压外置电极和高阻偏置线；
[0007]所述金属层覆盖在所述衬底上，所述金属层上设有两条第一缝隙线，所述两条第一缝隙线将所述金属层分割成信号线和两个分别位于所述信号线两侧的地线；
[0008]所述可调带阻滤波器关于所述信号线的横向中心线对称；
[0009]所述谐振器单元包括:设置在同一侧地线上多个缝隙环、多个缝隙连接线和多个集成开关单元；
[0010]多个所述缝隙环沿所述第一缝隙线延伸方向间隔分布且依次通过缝隙连接线连通；
[0011]集成开关单元包括第二缝隙线和MEMS开关，所述第二缝隙线与靠近的第一缝隙线围成孤岛，第二缝隙线与任一缝隙连接线连通；
[0012]所述MEMS开关包括桥墩、悬臂梁、接触体、高压外置电极;桥墩的第一端和接触体分别固定在悬臂梁同一侧的两端，桥墩的第二端固定在地线上，沿第一缝隙线延伸方向，悬臂梁横跨所述第二缝隙线和孤岛；
[0013]高压外置电极通过高阻偏置线与所述孤岛一一对应连接，低压外置电极通过高阻偏置线与所述地线连接；
[0014]所述谐振器单元的多个集成开关单元沿第一缝隙线延伸方向间隔设置。
[0015]优选的，位于同一侧地线上的谐振器单元的数量为多个，且沿第一缝隙线延伸方向依次间隔设置；
[0016]任一相邻的两个所述谐振器单元之间间隔的等效电长度均为预设电长度。
[0017]优选的，所述谐振器单元具有对称结构，且对称面与所述第一缝隙线延伸方向线垂直。
[0018]优选的，所述缝隙环为矩形缝隙环。
[0019]优选的，所述衬底为高阻硅、玻璃、氧化铝、砷化镓中的任一种。
[0020]优选的，所述可调带阻滤波器通过表面牺牲层工艺或体加工工艺制成。
[0021]优选的，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。
[0022]优选的，所述高阻偏置线由多块方块电阻串联形成。
[0023]优选的，所述高阻偏置线外侧覆有氮化硅介质层，以隔离所述金属层与所述高阻偏置线。
[0024]综上可知，本发明实施例提供的一种可调带阻滤波器，信号两路分量分别从第一缝隙线和谐振器单元的缝隙环传输，产生相位差，形成谐振电路，谐振点为二分之一波长，从而实现带阻滤波器的功能。通过高压外置电极和低压外置电极控制MEMS开关对应的地线和孤岛的压差，悬臂梁发生形变或恢复，使得接触体与地线接触或分离，实现MEMS开关的通断。通过对多个集成开关单元的MEMS开关的组合控制，可以改变信号分量在缝隙环内的传输路径长度，改变两路信号分量的相位差，从而实现滤波器中心频率的调整。当所有MEMS开关接触体均与地线接触时，信号分量不能进入缝隙环传输，此时，可实现直通传输线的功能。由于是通过控制接触体与地线接触或分离实现滤波器中心频率的调节，相对于现有技术中通过控制MEMS开关的开关梁尚度实现中心频率的调节，能够提尚滤波器中心频率调节的可靠性。
【附图说明】
[0025]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。
[0026]图1为本发明实施例提供的一种可调带阻滤波器的结构示意图；
[0027]图2为图1中未加载MEMS开关时的结构示意图；
[0028]图3为图2中的A-A向剖视结构示意图；
[0029]图4为图3中的B部放大图；
[0030]图5为本发明另一实施例提供的一种可调带阻滤波器结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]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。
[0032]参照图1-4，图1示出的本发明实施例提供的一种可调带阻滤波器的结构示意图，图2为图1中未加载MEMS开关时的结构示意图；图3为图2中的A-A向剖视结构示意图；图4为图3中的B部放大图。该可调带阻滤波器包括金属层1、衬底2、谐振器单元3、低压外置电极4和高阻偏置线5;其中，衬底2为高阻硅、玻璃、氧化铝、砷化镓中的任一种，另外，金属层I采用金、铝、铜、硅铝混合物、钛合金、铂金中的任一种制成，在此不做进一步限定。
[0033]金属层I覆盖在衬底2上，金属层I上设有两条第一缝隙线6，这两条第一缝隙线6将金属层I分割成信号线101和两个分别位于该信号线101两侧的地线102;
[0034]可调带阻滤波器关于信号线101的横向中心线对称;其中，横向是指图1中左右方向，与横向垂直的方向为纵向。
[0035]谐振器单元3包括:设置在同一侧地线102上多个缝隙环31、多个缝隙连接线32和多个集成开关单元33;多个缝隙环31沿第一缝隙线6延伸方向间隔分布且依次通过缝隙连接线32连通，连通之后用于传输信号分量；
[0036]需要说明的是，由于可调带阻滤波器关于信号线101的横向中心线对称，所以谐振器单元3的数量至少为两个，且对称设置在两侧的地线102上。
[0037]集成开关单元33包括第二缝隙线331和MEMS开关332，第二缝隙线331与靠近的第一缝隙线6围成孤岛7，第二缝隙线331与任一缝隙连接线32连通；
[0038]MEMS开关332包括桥墩3321、悬臂梁3322、接触体3323、高压外置电极3324;桥墩3321的第一端和接触体3323分别固定在悬臂梁3322同一侧的两端，桥墩3321的第二端固定在地线102上，沿第一缝隙线6延伸方向，悬臂梁3322横跨第二缝隙线331和孤岛7;
[0039]这里的MEMS开关332属于悬臂梁3322开关，在地线102上通过第二缝隙线331切割出孤岛7，是为了将地线102与孤岛7断开，具体实施时，当然也可以通过其他方式形成孤岛7，例如，在悬臂梁3322的下方所对应的地线102上覆盖一层氮化硅层，氮化硅层上设置一块金属片作为孤岛7，在此不做限定。
[0040]高压外置电极3324通过高阻偏置线5与孤岛7—一对应连接，低压外置电极4通过高阻偏置线5与地线102连接;谐振器单元3的多个集成开关单元33沿第一缝隙线6延伸方向间隔设置。具体实施时，谐振器单元3包括两个集成开关单元33，两个集成开关单元33沿第一缝隙线6延伸方向间隔设置，该两个集成开关单元33对应的第二缝隙线331均与同一条缝隙连接线32连接。
[0041]需要说明的是，高压外置电极3324和低压外置电极4分别通过不同的高阻偏置线5，分别与孤岛7和地线102连接，可对孤岛7和地线102分别加载高电位电压和低电位电压，以使孤岛7和地线102之间产生压差，由于悬臂梁3322通过桥墩3321与地线102连接，使得悬臂梁3322与地线102之间也产生压差。某一 MEMS开关332对应的孤岛7与地线102存在压差后，在孤岛7与悬臂梁3322之间形成静电力，在静电力的吸附作用下，MEMS开关332的悬臂梁3322向下弯曲变形，使得接触体3323与地线102接触连接，即MEMS开关332闭合。此时，信号的分量无法通过该MEMS开关332对应的第二缝隙线331进入缝隙环31，当所有MEMS开关332的触体均与地线102接触连接时，信号的分量无法通过缝隙环31传输，全部MEMS开关332均处于闭合状态，只能通过第一缝隙线6传输，此时，本发明实施例不具有滤波功能，只相当于传输信号的直通传输线。
[0042]信号传输时，若某个MEMS开关332的悬臂梁3322处于自由状态时，接触体3323未与地线102接触连接，S卩MEMS开关332断开，信号的部分分量通过该MEMS开关332对应的第二缝隙线331进入缝隙环31传输，MEMS开关332处于断开状态，通过缝隙环31传输的信号分量与通过第一缝隙线6传输的信号分量之间产生相位差，形成谐振，从而可实现滤波功能。通过调整多个MEMS开关332的闭合或断开能够改变信号的传输路径长度，进而能够改变相位差，从而能够实现滤波器中心频率的调整。
[0043]需要说明的是，每一次调整中心频率或切换到传输线状态时，需要针对每个谐振器单元3做相同的调整，即它们的全部MEMS开关332闭合或断开状态相同。例如，一个谐振器单元3的第一个MEMS开关332处于断开，第二个MEMS开关332处于闭合，则其他谐振器单元3的第一个MEMS开关332和第二个MEMS开关332也需要相应地分别调整到断开和闭合，具体实施时，可以将每个谐振器单元3联动控制，即可同时对每个谐振器单元3做相同的操作，当然，不限于此。
[0044]综上可知，本发明实施例提供的一种可调带阻滤波器，信号分量分别从第一缝隙线6和谐振器单元3的缝隙环31传输，产生相位差，形成谐振电路，谐振点为二分之一波长，从而实现带阻滤波器的功能。通过高压外置电极和低压外置电极4控制MEMS开关332对应的地线102和孤岛7的压差，悬臂梁3322发生形变或恢复，使得接触体3323与地线102接触或分离，实现MEMS开关332的闭合或断开。通过对多个集成开关单元33的MEMS开关332的组合控制，可以改变信号分量在缝隙环31内的传输路径长度，改变两路信号分量的相位差，从而实现滤波器中心频率的调整。当所有MEMS开关332接触体3323均与地线102接触时，信号分量不能进入缝隙环31传输，此时，可实现直通传输线的功能。由于是通过控制接触体3323与地线102接触或分离实现滤波器中心频率的调节，相对于现有技术中通过控制MEMS开关的开关梁高度实现中心频率的调节，能够提高滤波器中心频率调节的可靠性。
[0045]参照图5，图5为本发明另一实施例提供的一种可调带阻滤波器结构示意图，该实施例与图1所示实施例不同之处仅在于:本实施例中，在同一侧地线102上，设置多个谐振器单元3，这多个谐振器单元3沿第一缝隙线6延伸方向依次间隔设置;任一相邻的两个谐振器单元3之间间隔的等效电长度均为预设电长度。具体实施时，可以将预设电长度设置为90度。在谐振器单元3对应的MEMS开关332全部处于断开时，谐振器单元3对应一个固有频率，该固有频率对应的波长为λ。，则设置两个谐振器单元3之间的物理间隔即它们之间的传输线长度为λοπ/2。这样设置是为了使本发明实施例能够获得更好的幅频特性曲线，使其更具有矩形性。
[0046]本实施例中，谐振器单元3具有对称结构，且对称面与第一缝隙线6延伸方向线垂直，这样设置可以提高滤波器的滤波性能。
[0047]本实施例中，缝隙环31为矩形缝隙环，当然，在其它实施例中，还可以将缝隙环31设置成椭圆形或圆形，具体采用什么形状，在此不做进一步限定。
[0048]生产制造时，可调带阻滤波器通过表面牺牲层工艺或体加工工艺制成。
[0049]具体实施时，为了降低高阻偏置线5中的电流，设置高阻偏置线5由多块方块电阻串联形成，另外，高阻线的总电阻值为100?200kQ，具体的，高阻偏置线5外侧覆有氮化硅介质层，以隔离金属层I与高阻偏置线5。
[0050]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。
[0051]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。
[0052]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:R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0053]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。
【主权项】
1.一种可调带阻滤波器，其特征在于，包括金属层、衬底、谐振器单元、低压外置电极和高阻偏置线； 所述金属层覆盖在所述衬底上，所述金属层上设有两条第一缝隙线，所述两条第一缝隙线将所述金属层分割成信号线和两个分别位于所述信号线两侧的地线； 所述可调带阻滤波器关于所述信号线的横向中心线对称； 所述谐振器单元包括:设置在同一侧地线上多个缝隙环、多个缝隙连接线和多个集成开关单元； 多个所述缝隙环沿所述第一缝隙线延伸方向间隔分布且依次通过缝隙连接线连通； 集成开关单元包括第二缝隙线和MEMS开关，所述第二缝隙线与靠近的第一缝隙线围成孤岛，第二缝隙线与任一缝隙连接线连通； 所述MEMS开关包括桥墩、悬臂梁、接触体、高压外置电极;桥墩的第一端和接触体分别固定在悬臂梁同一侧的两端，桥墩的第二端固定在地线上，沿第一缝隙线延伸方向，悬臂梁横跨所述第二缝隙线和孤岛； 高压外置电极通过高阻偏置线与所述孤岛一一对应连接，低压外置电极通过高阻偏置线与所述地线连接； 所述谐振器单元的多个集成开关单元沿第一缝隙线延伸方向间隔设置。2.根据权利要求1所述的可调带阻滤波器，其特征在于，位于同一侧地线上的谐振器单元的数量为多个，且沿第一缝隙线延伸方向依次间隔设置； 任一相邻的两个所述谐振器单元之间间隔的等效电长度均为预设电长度。3.根据权利要求1或2任一项所述的可调带阻滤波器，其特征在于，所述谐振器单元具有对称结构，且对称面与所述第一缝隙线延伸方向线垂直。4.根据权利要求1或2任一项所述的可调带阻滤波器，其特征在于，所述缝隙环为矩形缝隙环。5.根据权利要求1或2任一项所述的可调带阻滤波器，其特征在于，所述衬底为高阻硅、玻璃、氧化铝、砷化镓中的任一种。6.根据权利要求1或2任一项所述的可调带阻滤波器，其特征在于，所述可调带阻滤波器通过表面牺牲层工艺或体加工工艺制成。7.根据权利要求1或2任一项所述的可调带阻滤波器，其特征在于，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。8.根据权利要求1或2任一项所述的可调带阻滤波器，其特征在于，所述高阻偏置线由多块方块电阻串联形成。9.根据权利要求1或2任一项所述的可调带阻滤波器，其特征在于，所述高阻偏置线外侧覆有氮化硅介质层，以隔离所述金属层与所述高阻偏置线。
【文档编号】H01P1/203GK105870555SQ201610462927
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】邓中亮, 魏浩, 甘俊, 郭旭兵
【申请人】北京邮电大学