移相器和天线装置的制作方法

1.本公开属于无线通信技术领域，具体涉及一种移相器和天线装置。


背景技术：

2.在通信和雷达应用中，移相器是必不可少的关键组件，现有的移相器主要包括铁氧体移相器、半导体移相器和mems(micro-electro-mechanical system，微电子机械系统)移相器等，由于mems移相器在插损、功耗、体积与成本等方面均具有明显优势，因此在无线电通讯和微波技术等领域应用受到了广泛关注。
3.然而，现有的mems移相器的每一位开关都需要偏置线引出至相应的焊点，并通过多路偏置电压来控制移相器，导致偏置线和芯片引脚数目较多，此外，现有的mems移相器的金属膜桥横跨于两条共面波导地线之间并悬浮在信号线上方，为保证传输线特征阻抗，金属膜桥跨接距离通常较大，通常在百微米左右，金属膜桥较长容易导致金属膜桥塌陷，不利于提升mems移相器的成品率。


技术实现要素：

4.本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种移相器和天线装置。
5.第一方面，本公开实施例提供一种移相器，包括衬底、设置在所述衬底上，且沿第一方向延伸的传输线，以及设置在所述传输线的延伸方向两侧的第一参考电极和第二参考电极；其中，所述传输线包括沿所述第一方向并排，且间隔设置的多个传输线段，所述多个传输线段中的每个沿所述第一方向延伸；任意两相邻的所述传输线段之间间隙限定出一个连接区；所述移相器还包括至少一个移相单元；每个所述移相单元包括：沿所述第一方向延伸的膜桥和沿第二方向延伸的连接电极；在所述连接电极背离所述衬底的一侧设有层间绝缘层；所述连接电极的两端分别连接所述第一参考电极和所述第二参考电极，且所述连接电极在所述衬底上的正投影位于所述连接区；所述膜桥的两端分别连接限定出所述连接区的两个传输线段；每个所述移相单元中的连接电极位于所述膜桥与所述衬底所形成的空间内。
6.可选地，所述移相单元的数量为多个，各个所述移相单元中的膜桥与所述连接电极之间的间距相等。
7.可选地，所述移相单元的数量为多个，至少部分所述移相单元中的所述膜桥与所述连接电极之间的间距不等。
8.可选地，沿所述第一方向，各个所述移相单元中的所述膜桥与所述连接电极之间的间距单调增或者单调减。
9.可选地，所述移相单元的数量为多个，至少部分所述移相单元中的所述膜桥与所述连接电极在所述衬底上的正投影的交叠面积不同。
10.可选地，各个所述膜桥的尺寸相同，沿所述第一方向，各所述连接电极的尺寸单调
增或者单调减。
11.可选地，所述第一参考电极、所述第二参考电极、所述连接电极以及所述传输线同层设置，且材料相同。
12.可选地，所述第一参考电极、所述第二参考电极和所述连接电极连接为一体结构。
13.可选地，所述膜桥的材料包括铝硅合金。
14.可选地，所述传输线段的材料包括铜或金。
15.第二方面，本公开实施例提供一种天线装置，包括上述的移相器。
附图说明
16.图1为的一种示例性的移相器的结构示意图；
17.图2为本公开实施例提供的一种移相器的结构示意图；
18.图3为图2所示的移相器中的一个移相单元的结构示意图；
19.图4为图3所示的移相器沿a-a方向的剖面结构示意图；
20.图5为本公开实施例提供的另一种移相器的剖面结构示意图；
21.图6为本公开实施例提供的又一种移相器的剖面结构示意图；
22.图7为本公开实施例提供的再一种移相器的剖面结构示意图。
具体实施方式
23.为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。
24.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
25.图1为的一种示例性的移相器的结构示意图，如图1所示，移相器包括形成在衬底上的地线11、信号线12以及移相单元，地线11与信号线12的平行设置，两条地线11对称设置在信号线12的两侧，地线11和信号线12共同组成了传输线。移相单元包括至少一个金属膜桥13，金属膜桥13横跨于两条共面波导地线11之间并悬浮在信号线12上方，每一个金属膜桥13均通过偏置线14引出至相应的焊盘15，在移相过程中，芯片将偏置信号输入到焊盘15，连接到焊盘15的偏置线14将偏置信号输入到金属膜桥13，在金属膜桥13与信号线12间形成偏置电压，由于金属膜桥13的桥面部分具有一定弹性，因此在偏置电压的作用下，金属膜桥13的桥面部分在垂直于信号线12的方向上活动，即向金属膜桥13输入直流偏置电压，能够改变金属膜桥13的桥面部分与信号线12之间的间距，从而能够改变金属膜桥13的桥面部分与信号线12形成的电容的电容量，进而使传输线参数发生变化，从而实现移相。该移相器由
于具有五个移相单元，因此可实现22.5
°
、22.5
°
、45
°
、90
°
和180
°
的移相量。
26.然而，由于图1所示的移相器的每个移相单元中金属膜桥13均需要通过偏置线14引出至相应的焊盘15，因此现有的移相器存在偏置线14数目较多的问题。此外，由于金属膜桥13横跨于两条共面波导地线11之间并悬浮在信号线12上方，金属膜桥13跨接距离通常较大，因此，在金属膜桥13的制备过程中，较长的金属膜桥13容易塌陷，进而降低了移相器的成品率。
27.为了至少上述技术问题之一，本公开实施例提供了一种移相器和天线装置，下面结合附图和具体实施方式对本公开实施例提供的移相器和天线装置作进一步详细描述。
28.第一方面，图2为本公开实施例提供的一种移相器的结构示意图，如图2所示，本公开实施例提供了一种移相器，该移相器包括衬底21和设置在衬底21上的第一参考电极、第二参考电极、传输线23以及至少一个移相单元m。本实施例是以第一参考电极和第二参考电极均为地线22，传输线为信号线23为例进行说明。
29.下面仅以移相器中的一个移相单元为例进行说明，图3为图2所示的移相器中的一个移相单元m的结构示意图，图4为图3所示的一种移相器沿a-a方向的剖面结构示意图，如图3和图4所示，在本实施例中，形成在衬底21上的两条地线22和信号线23共同构成共面波导cpw传输线。其中，信号线23设置在衬底21上且沿第一方向延伸，两条地线22分别设置在信号线23延伸方向的两侧，信号线23包括沿第一方向并排且间隔设置的多个信号线段，多个信号线段中的每个沿第一方向延伸，任意两相邻的信号线段之间间隙限定出一个连接区。继续参考图3和图4，移相单元m包括沿第一方向延伸的膜桥24和沿第二方向延伸的连接电极25，在连接电极25背离衬底21的一侧设有层间绝缘层26，连接电极25的两端分别连接两条地线22，且连接电极25在衬底21上的正投影位于连接区，膜桥24的两端分别连接限定出连接区的两个传输线段23，每个移相单元中的连接电极25位于膜桥24与衬底21所形成的空间内。由于连接电极25的两端分别与两条地线22连接，因此连接电极25的电位与地线22的电位相同。需要说明的是，本公开实施例的移相器具体可以为微机电系统(mems，micro-electro-mechanical system)移相器。
30.在本实施例中，膜桥24的材料可包括铝硅合金，层间绝缘层26的材料可包括氮化硅或聚酰亚胺，信号线23的材料可包括铜或金。
31.需要说明的是，本实施例中的移相器还可以包括多个图3所示的移相单元，由于每个移相单元的结构均相同，在此不再一一赘述。
32.在本实施中，本公开移相器在工作的时候，仅需要向信号线23和地线22传输偏置信号，在地线22和信号线23之间即可产生偏置电压(即金属膜桥24的驱动电压)来改变金属膜桥24的高度，从而能够改变金属膜桥24与连接电极25之间的电容，进而改变共面波导传输线的分布电容，使共面波导传输线成为一个慢波系统，达到相位延迟的目的。与通过采用多根偏置线传输偏置信号相比，本公开的移相器仅通过信号线23传输偏置信号即可，大大减少了偏置信号的传输路径。进一步地，金属膜桥24跨接在间隔的信号线段23之间，由于两个信号线段23所限定出的连接区的尺寸远远小于两条地线22之间的距离，因此，金属膜桥24跨接距离很小，因此，在金属膜桥24的形成过程中，金属膜桥24不容易塌陷，提高了移相器的成品率。
33.在一些实施例中，移相单元的数量可以为多个，各个移相单元中的金属膜桥24与
连接电极25之间的间距相等。在本实施例中，金属膜桥的24驱动电压vp可表示为：其中k为金属膜桥24的弹性系数，εo为真空介电常数，w为金属膜桥24的宽度，w为连接电极25的宽度，w*w即为金属膜桥24与连接电极25的正对面积，go为金属膜桥24与连接电极25之间的初始高度，g为金属膜桥24与连接电极25之间的实际高度。由金属膜桥24的驱动电压vp公式可知，金属膜桥24的驱动电压vp与金属膜桥24和连接电极25之间的间距有关，本实施通过设置各个移相单元中的金属膜桥24与连接电极25之间的间距相等，可使各个移相单元的金属膜桥24的驱动电压相同，因此，在移相器工作的过程中，信号线23输入偏置信号，可以同时控制多个移相单元的工作，从而减少了偏置信号的传输路径。
34.在一些实施例中，移相单元的数量为多个，至少部分移相单元中的金属膜桥24与连接电极25之间的间距不相等。本实施通过设置各个移相单元中的金属膜桥24与连接电极25之间的间距不相等，可使各个移相单元的金属膜桥24的驱动电压不同，因此，在移相器工作的过程中，信号线23依次输入不同大小的偏置信号，可以控制各个移相单元的工作状态，进而可以得到不同的相移量。
35.在一些实施例中，移相单元的数量为多个，沿所述第一方向，各个移相单元中的金属膜桥24与连接电极25之间的间距单调增或者单调减。本实施例是以各个移相单元中的金属膜桥24与连接电极25之间的间距为单调增为例进行说明。图5为本公开实施例提供的另一种移相器的剖面结构示意图，本实施例是以三位移相器为例进行说的。如图5所示，本实施例的移相器包括三个移相单元，本实施例中的三个移相单元的结构是金属膜桥24到连接电极25的距离依次增大，其他结构均与图3和图4所示的移相单元m的结构相同。金属膜桥的24驱动电压vp可表示为：其中k为金属膜桥24的弹性系数，εo为真空介电常数，w为金属膜桥24的宽度，w为连接电极25的宽度，w*w即为金属膜桥24与连接电极25的正对面积，go为金属膜桥24与连接电极25之间的初始高度，g为金属膜桥24与连接电极25之间的实际高度。由金属膜桥24的驱动电压vp公式可知，金属膜桥24的驱动电压vp与金属膜桥24与连接电极25之间的高度成正比，即金属膜桥24与连接电极25之间的高度越大，所需的驱动电压就越大。本实施例中将不同移相单元中的金属膜桥24到连接电极25的距离设置为依次升高，则可使金属膜桥24的驱动电压逐渐增大。因此，在移相器工作的过程中，随着信号线23输入的偏置信号逐渐升高，三个移相单元依次关闭，进而得到不同的相移量。在本实施例，本公开的移相器仅通过调节信号线中偏置信号的大小，即可得到不同的相移量。需要说明的是，各个移相单元中的金属膜桥与连接电极之间的间距单调减与各个移相单元中的金属膜桥与连接电极之间的间距单调增的情况相反，在此不再赘述。
36.在一些实施例中，移相器包括多个移相单元，至少部分移相单元中的金属膜桥24与连接电极25在衬底21上的正投影的交叠面积不同。在本实施例中，由金属膜桥24的驱动电压vp公式可知，金属膜桥24的驱动电压vp与金属膜桥24与连接电极25在衬底21上的正投影的交叠面积相关，本实施通过设置各个移相单元中的金属膜桥24与连接电极25在衬底21上的正投影的交叠面积相等，可使各个移相单元的金属膜桥24的驱动电压相同，因此，在移相器工作的过程中，信号线23输入偏置信号，可以同时控制多个移相单元的工作，从而减少了偏置信号的传输路径。
37.在一些实施例中，移相器包括多个移相单元，各个所述金属膜桥24的尺寸相同，沿所述第一方向，各连接电极25的尺寸单调增或者单调减，即金属膜桥24与连接电极25的正对面积单调递减。本实施例是以各连接电极25的尺寸单调减为例进行说明。图6为本公开实施例提供的又一种移相器的剖面结构示意图，本实施例是以三位移相器为例进行说明的。如图6所示，本实施例的移相器包括三个移相单元，本实施例中的三个移相单元的结构仅是金属膜桥24与连接电极25的正对面积依次减小，其他结构均与图3和图4所示的移相单元m的结构相同。金属膜桥24的驱动电压vp可表示为：的结构相同。金属膜桥24的驱动电压vp可表示为：其中k为金属膜桥24的弹性系数，εo为真空介电常数，w为金属膜桥24的宽度，w为连接电极25的宽度，w*w即为金属膜桥24与连接电极25的正对面积，go为金属膜桥24与连接电极25之间的初始高度，g为金属膜桥24与连接电极25之间的实际高度。由金属膜桥24的驱动电压vp公式可知，金属膜桥24的驱动电压vp与金属膜桥24与连接电极25的正对面积w*w成反比，即金属膜桥24与连接电极25的正对面积w*w越小，所需的驱动电压就越大。本实施例中将不同移相单元中的金属膜桥24与连接电极25的正对面积设置为依次减小，则可使可金属膜桥24的驱动电压逐渐增大。因此，在移相器工作的过程中，随着信号线输入的偏置信号逐渐升高，三个移相单元依次关闭，进而得到不同的相移量。在本实施例，本公开的移相器仅通过调节信号线中偏置信号的大小，即可得到不同的相移量。需要说明的是，各连接电极25的尺寸单调增与各连接电极25的尺寸单调减的情况相反，在此不再赘述。
38.在一些实施例中，图7为本公开实施例提供的再一种移相器的剖面结构示意图，本实施例是以三位移相器为例进行说明的。如图7所示，本实施例的移相器包括三个移相单元，本实施例中的三个移相单元中的各个金属膜桥24的尺寸相同，沿第一方向，各连接电极25的尺寸依次减小，以及各个移相单元中的金属膜桥24与连接电极25之间的间距依次增大，其他结构均与图3和图4所示的移相单元m的结构相同。由金属膜桥24的驱动电压vp公式大，其他结构均与图3和图4所示的移相单元m的结构相同。由金属膜桥24的驱动电压vp公式可知，金属膜桥24的驱动电压vp与金属膜桥24与连接电极25的正对面积w*w成反比，金属膜桥24的驱动电压vp与金属膜桥24与连接电极25之间的实际高度g成正比，即金属膜桥24与连接电极25的正对面积w*w越小，以及金属膜桥24与连接电极25之间的高度越大，所需的驱动电压就越大。本实施例中将不同移相单元中的金属膜桥24与连接电极25的正对面积设置为依次减小，将不同移相单元中的金属膜桥24到连接电极25的距离设置为依次升高，则可使可金属膜桥24的驱动电压逐渐增大。因此，在移相器工作的过程中，随着信号线输入的偏置信号逐渐升高，三个移相单元依次关闭，进而得到不同的相移量。在本实施例中，仅通过调节信号线中偏置信号的大小，即可得到不同的相移量。
39.在一些实施例中，第一参考电极、第二参考电极、连接电极以及传输线同层设置，且材料相同。在本实施例中，在移相器的制备过程中，通过一次构图工艺可以同时形成第一参考电极、第二参考电极、连接电极和传输线，从而减少了工艺步骤，节约了生产成本。
40.在一些实施例中，第一参考电极、第二参考电极和连接电极连接为一体结构。在本实施例中，在移相器的制备过程中，通过一次构图工艺形成第一参考电极、第二参考电极和连接电极，从而进一步地减少了连接电极与参考电极的连接步骤，节约了生产成本。
41.第二方面，本公开实施例提供一种天线装置，包括图2-7中任意一种移相器。
42.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。