本发明涉及微电子机械系统(mems)的技术领域，尤其是一种面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna。
背景技术：
随着物联网技术的拓展和创新，作为一种新兴的网络技术，它已经受到了越来越广泛的关注。通过射频前端的收发组件，物联网技术实现了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。与此同时，射频前端的收发组件具有很强的电磁干扰，干扰频率通常会达到数百mhz，甚至ghz以上。由于电压或电流的频率越高，越容易产生辐射，正是这些频率很高的干扰信号导致了辐射干扰的问题日益严重。作为射频收发组件的重要组成部分，射频信号会在lna两端口形成驻波，这部分驻波信号对射频电路具有电磁兼容环境的干扰作用。因此，具有驻波能量收集作用的lna有潜在的应用前景。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是提供一种面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna，使射频收发前端处理系统的lna在实现低噪声放大的同时，能对lna两端调谐网络处产生的驻波能量进行收集，在实现驻波能量收集的同时，也改善了电路的电磁兼容环境。
技术方案：为实现上述技术效果，本发明提出以下技术方案：
面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna，包括：输入调谐网络、放大部分、输出调谐网络、一号lc带阻滤波器、一号ac/dc模块、一号充电电池、二号lc带阻滤波器、二号ac/dc模块、二号充电电池。输入调谐网络的输出端连接放大部分的输入端，放大部分的输出端接输出调谐网络的输入端，形成lna结构；输入调谐网络的输入端作为lna结构的输入端，输出调谐网络的输出端作为lna结构的输出端。
lc带阻滤波器、输入调谐网络、放大部分、输出调谐网络和ac/dc模块都为二端口网络。
一号lc带阻滤波器的输出端连接一号ac/dc转换模块的输入端，一号ac/dc转换模块的输出端连接一号充电电池，形成第一驻波收能量集电路，一号lc带阻滤波器的输入端与输入调谐网络的输入端相连；二号lc带阻滤波器的输出端连接二号ac/dc转换模块的输入端，二号ac/dc转换模块的输出端也连接二号充电电池，形成第二驻波能量收集电路，二号lc带阻滤波器的输入端与输出调谐网络的输出端相连。
所述的面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna的微波接受信号从输入调谐网络和一号lc带阻滤波器之间的输入端口输入，从输出调谐网络和二号lc带阻滤波器之间的输出端口输出。
所述的输入调谐网络和输出调谐网络为结构相同的lc带通滤波器，由平面电感l1、平面电感l2和电容式固支梁k1、电容式固支梁k2构成。其中电容式固支梁k1的一端作为微波信号输入端口，另一端连接平面电感l1，电容式固支梁k1的金属pad连接地，平面电感l1的另一端分别与平面电感l2、电容式固支梁k2相连，平面电感l2的另一端接地，电容式固支梁k2的另一端悬空，电容式固支梁k2的金属pad引线作为滤波器的输出端。
lc带阻滤波器是由基于mems技术的电容式固支梁k4、电容式固支梁k3和平面电感l4、平面电感l3构成，其中电容式固支梁k4的一端作为lc带阻滤波器的输入端，另一端与平面电感l4一端相连，电容式固支梁k4的金属pad连接地，平面电感l4的另一端分别连接电容式固支梁k3和平面电感l3，平面电感l3的另一端接地，电容式固支梁k3另一端悬空，电容式固支梁k3的金属pad作为滤波器的输出端，通过控制电容式固支梁k3和电容式固支梁k4的下拉驱动电压能够调节接入的电容大小可以调节滤波器的通带频域。
平面电感是利用mems技术在高阻硅衬底上设计的，在高阻硅衬底的上表面两边分别有第一段传输线和第二段传输线，第一段传输线上设有氮化硅介质层。电感线圈通过第一连接支撑柱、第二连接支撑柱分别与第一段传输线、第二段传输线连接并悬空位于第一段传输线的氮化硅介质层和第二段传输线之上。
电容式固支梁在高阻硅衬底的上表面两端有第三段传输线和第四段传输线，在第三段传输线、第四段传输线上有锚区，固支梁架在两端锚区之间，固支梁的下方设有一个金属pad，金属pad与固支梁之间设有氮化硅绝缘介质层，金属pad的两端是固支梁的两个下拉电极，下拉电极上设有一层氮化硅绝缘介质层。
对于输入调谐网络和输出调谐网络是完全相同的，属于lc带通滤波器，施加特定下拉驱动电压使电容式固支梁k1和电容式固支梁k2导通，此时这两个电容式固支梁等效为电容c1和c2，输入调谐网络和输出调谐网络的上通带频率为f1：
下通带频率为f2：
其中f1＜f2。当且仅当射频信号的频率f满足f1≤f≤f2时，可以通过输入调谐网络和输出调谐网络。通过调节施加下拉驱动电压可以调节电容式固支梁k1、k2的等效电容c1、c2从而可以调节输入调谐网络和输出调谐网络的通带频域。
对于一号lc带阻滤波器和二号lc带阻滤波器，它们是完全相同的，施加特定下拉驱动电压使电容式固支梁k4和电容式固支梁k3导通，此时这两个电容式固支梁等效为电容c4和c3，lc带阻滤波器的上截止频率为f3：
下截止频率为f4：
其中f3＜f4。当且仅当射频信号的频率f满足f≤f3或f≥f4时，可以通过一号lc带阻滤波器和二号lc带阻滤波器。通过调节施加下拉驱动电压可以调节电容式固支梁k3、k4的等效电容c3、c4，从而可以调节一号lc带阻滤波器和二号lc带阻滤波器的阻带频域。
输入信号通过输入调谐网络由放大部分放大，其中未通过调谐网络的微波信号在输入端形成驻波，该驻波会通过与输入调谐网络通带频域互补的一号lc带阻滤波器，进而被一号ac/dc模块转换为直流信号，对一号充电电池进行充电储能；经过放大后的信号由输出调谐网络输出端输出，类似地，输出调谐网络输出端的驻波会通过二号lc带阻滤波器，被二号ac/dc模块转换，由充电电池储能。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明的面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna在传统的lna结构两端加入了驻波能量收集结构，只需要简单的控制电容式固支梁的下拉驱动电压的大小，就调节lc带阻滤波器对驻波的滤波，不仅操作简单，而且效果明显。输入调谐网络和输出调谐网络通频段外的微波信号会在输入端和输出端形成驻波信号，本发明中的两个lc可调带阻滤波器的通带频域可调成与驻波信号的频域相同，可以收集lna两端的驻波能量，并利用ac/dc转换模块转换成直流信号，最终存储在充电电池中，在实现能量收集的同时，也改善了电路的电磁兼容环境。
附图说明
图1为本发明的面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna的结构框图；
图2为本发明中构成输入调谐网络和输出调谐网络的lc带通滤波器的原理图；
图3为本发明中构成输入调谐网络和输出调谐网络的lc带通滤波器的等效电路图；
图4为本发明中lc带阻滤波器的原理图；
图5为本发明中lc带阻滤波器的等效电路图；
图6为平面电感的俯视图；
图7为平面电感的aa9面剖面图；
图8为电容式固支梁的俯视图；
图9为电容式固支梁的bb’面剖面图。
图中：1、一号lc带阻滤波器，2、一号ac/dc模块，3、一号充电电池，4、输入调谐网络，5、放大部分，6、输出调谐网络，7、二号lc带阻滤波器，8、二号ac/dc模块，9、二号充电电池，10、硅层，11、sio2层，12、第一段传输线，13、第二段传输线，14、电感线圈，15、第一连接支撑柱，16、第二连接支撑柱，17、氮化硅介质层，18、第三段传输线，19、第四段传输线，20、第一锚区，21、第二锚区，22、固支梁，23、金属pad，24、第一氮化硅介质层，25、第一下拉电极，26、第二氮化硅介质层，27、第二下拉电极，28、第三氮化硅介质层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
图1所示为本发明的面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna的结构框图，图中，固支梁lna由一号lc带阻滤波器1、一号ac/dc模块2、一号充电电池3、输入调谐网络4、放大部分5、输出调谐网络6、二号lc带阻滤波器7、二号ac/dc模块8和二号充电电池9构成。具体连接关系如下：信号从输入调谐网络4输入端输入，输入调谐网络4的输入端连接一号lc带阻滤波器1的输入端，输入调谐网络4的输出端连接放大部分5的输入端，放大部分5的输出端接输出调谐网络6的输入端，输出调谐网络6的输出端连接二号lc带阻滤波器7的输入端，信号从输出调谐网络6的输出端输出；一号lc带阻滤波器1的输出端连接一号ac/dc模块2的输入端，一号ac/dc模块2的输出端连接一号充电电池3。二号lc带阻滤波器7的输出端连接二号ac/dc模块8的输入端，二号ac/dc模块8的输出端连接二号充电电池9。
图2、图3分别为本发明中构成输入调谐网络和输出调谐网络的lc带通滤波器的原理图和等效电路图。
构成输入调谐网络和输出调谐网络的lc带通滤波器由平面电感l1、平面电感l2和电容式固支梁k1、电容式固支梁k2构成。其中电容式固支梁k1的一端作为微波信号输入端口，另一端连接平面电感l1，电容式固支梁k1的金属pad连接地，平面电感l1的另一端与平面电感l2、电容式固支梁k2相连，平面电感l2的另一端接地，电容式固支梁k2的另一端悬空，电容式固支梁k2的金属pad引线作为滤波器的输出端。
图4、图5分别为本发明中lc带阻滤波器的原理图和等效电路图。
lc带阻滤波器由平面电感l4、平面电感l3和电容式固支梁k4、电容式固支梁k3构成。其中电容式固支梁k4的一端作为微波信号输入端口，另一端连接平面电感l4，电容式固支梁k2的金属pad连接地，平面电感l2的另一端与平面电感l1、电容式固支梁k1相连，平面电感l1的另一端接地，电容式固支梁k1的另一端悬空，电容式固支梁k1的金属pad引线作为滤波器的输出端。
平面电感的结构图如图6、7所示，电容式固支梁的结构图如图8、9所示。
平面电感和电容式固支梁是在高阻硅衬底上形成的，高阻硅衬底是在硅层10上氧化形成一层sio2层11。平面电感在高阻硅衬底上表面两边分别有第一段传输线12、第二段传输线13，电感线圈14通过第一连接支撑柱15、第二连接支撑柱16分别与第一段传输线12第二段传输线13连接并悬空在位于第一段传输线12上的氮化硅介质层17和第二段传输线13之上。
电容式固支梁在高阻硅衬底的两端有第三段传输线18和第四段传输线19，在第三段传输线18设上有锚区20，第四段传输线19上设有锚区21，固支梁22架在两端锚区20和锚区21之间，固支梁22的下方设有一个金属pad23，金属pad23上设有第一氮化硅绝缘介质层24，金属pad23的两端是固支梁的两个下拉电极25和下拉电极27，第一下拉电极25上设有第二氮化硅绝缘介质层26，第二下拉电极27上设有第三氮化硅绝缘介质层28。
面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna中的lc带阻滤波器的制备方法包括以下几个步骤：
1)准备衬底：选硅作为衬底；
2)热氧化生长一层sio2层；
3)光刻传输线及下拉电极：涂光刻胶并光刻刻蚀出第一段传输线、第二段传输线、第三段传输线、第四段传输线、金属pad及下拉电极的形状；
4)溅射au层：在整个加工平面溅射
5)光刻au层：剥离不需要的光刻胶，形成第一段传输线、第二段传输线、第三段传输线、第四段传输线、金属pad和下拉电极；
6)光刻、淀积sin介质层：在第一段、第四段传输线上午部分区域和下拉电极上用等离子增强化学气相淀积工艺生长
7)淀积聚酰亚胺牺牲层：在整个加工平面淀积1.6微米厚的聚酰亚胺牺牲层；
8)溅射ti/au/ti层：在聚酰亚胺层上溅射用于电镀的底金ti/au/ti层，厚度为
9)光刻ti/au/ti层：光刻钛/金/钛(ti/au/ti)层，保留不需要电镀的地方的光刻胶；
10)电镀au层：电镀固支梁和电感线圈的金层，在55°氰基溶液中电镀金，电镀金层的厚度为2微米；
11)释放聚酰亚胺牺牲层并腐蚀底金ti/au/ti层：丙酮去残存的光刻胶，然后用显影液溶解固支梁下的聚酰亚胺牺牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬空的固支梁结构和电感线圈结构。
本发明的面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna传统的lna结构两端加入了驻波能量收集结构。输入调谐网络和输出调谐网络通频段外的微波信号会在输入端和输出端形成驻波信号，本发明中的两个lc带阻滤波器的通带频域可调成与驻波信号的频域相同，可以收集lna两端的驻波能量，并利用ac/dc转换模块转换成直流信号，最终存储在充电电池中，实现了对驻波能量的收集。两个lc可调带阻滤波器均由两个平面电感l和两个电容式固支梁构成，通过控制电容式固支梁的下拉驱动电压可以调节接入滤波网络的电容值从而调节滤波器的阻带频域。
满足以上条件的结构即可视为本发明的面向物联网的驻波能量收集的固支梁lna。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。