面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端的制作方法

本发明涉及一种面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端，属于微电子机械系统(mems)的技术领域。

背景技术：

物联网作为战略新兴产业的重要组成部分，已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，微波接收机前端在物联网的发展中起了重要的作用。

然而在物联网的发展中，一些传统的接收机前端的弊端逐渐展露出来。比如由于本地振荡信号功率比混频器件输入的微波信号的功率大得多，会有部分本地振荡信号经混频器件泄漏到低噪声放大器，继而被阻挡产生反射波，此反射波再次与本地振荡信号混频，则会在混频器的输出端产生直流信号，不仅会引起直流失调，还会增加直流功耗。近年来，随着mems技术的快速发展，并对mems能量收集技术和mems滤波器技术进行了深入的研究，使得面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端具有实现的可能。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端。接收机使用微波天线接收信号，接入微波滤波器进行滤波，滤波后的信号进入低噪声放大器放大，被放大的微波信号进入振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器，在实现传统混频的同时，消除了本地振荡信号的自混频产生的直流失调，并收集混频结构泄漏的本地振荡信号的能量，同时由ac/dc转换模块将泄漏的能量转换成直流电压后储存于充电电池中，混频后的信号接中频滤波器，最终实现中频输出。充电电池与直流电源并联后与有源电路相连，实现有源电路的自供电。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端，包括微波天线、微波滤波器、充电电池、直流电源、低噪声放大器、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器、本地振荡器、中频滤波器和中频输出；所述微波天线连接到微波滤波器的输入端，所述微波滤波器输出端与低噪声放大器的输入端相连接，所述低噪声放大器的输出端连接振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器的信号输入端口，所述本地振荡器的输出端与振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器的本地振荡信号输入端口相连，振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器的混频信号输出端口与中频滤波器输入端相连，中频滤波器的输出端连接中频输出，得到微波接收机后端可处理的相对稳定的中频信号；振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器的ac/dc转换模块连接充电电池，充电电池与直流电源并联后，为低噪声放大器、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器和本地振荡器提供能量并实现自供电，所述振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器收集了由本地振荡信号经过混频结构泄漏的能量并储存于充电电池中。

进一步地：接收机使用所述微波天线接收信号，接入微波滤波器进行滤波，滤波后的信号进入低噪声放大器放大，被放大的微波信号进入振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器，实现混频的同时，消除了本地振荡信号的自混频产生的直流失调，并收集振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器泄漏的本地振荡信号的能量，同时由ac/dc转换模块将泄漏的能量转换成直流电压后储存于充电电池中，而混频后的信号接中频滤波器，最终实现中频输出。

更进一步地：所述振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器包括带通滤波器、ac/dc转换模块和混频结构，其中所述混频结构为三端口网络，三个端口分别为信号输入端口、本地振荡信号输入端口和混频信号输出端口；所述信号输入端口与所述带通滤波器的输入端相连后，所述信号输入端口再与混频结构的输入端相连，所述混频结构的本地振荡信号输入端口连接本地振荡器的输出端，所述带通滤波器的输出端连接ac/dc转换模块，最后混频结构的混频信号输出端口输出混频后的中频信号。

再进一步地：所述带通滤波器包括第一平面电感l1、第二平面电感l2以及电容式固支梁，所述电容式固支梁包括电容式固支梁一k1和电容式固支梁二k2；所述电容式固支梁一k1的第一段传输线作为微波信号输入端口，所述电容式固支梁一k1的第二段传输线连接第一平面电感l1的左端口，所述电容式固支梁一k1的金属pad连接地，所述第一平面电感l1的右端口与所述第二平面电感l2的左端口相连后，再与所述电容式固支梁二k2的第一段传输线相连，所述第二平面电感l2的右端口接地，电容式固支梁二k2的第二段传输线悬空，所述电容式固支梁二k2的金属pad引线作为滤波器的输出端与ac/dc转换模块相连，通过控制电容式固支梁一k1和电容式固支梁二k2的第一下拉电极和第二下拉电极上的下拉驱动电压调节接入的电容的大小，从而调节滤波器的通带频域。

又进一步地：所述电容式固支梁由下到上依次设置有衬底、二氧化硅层，所述第一段传输线设置于二氧化硅层表面的一端，所述第二段传输线设置于二氧化硅层表面的另一端；第二介质层、第一介质层和第三介质层从左到右依次设置于第一段传输线与第二段传输线之间的二氧化硅层表面；第一下拉电极位于第二介质层内，且所述第一下拉电极的下底与所述二氧化硅层表面相接触；金属pad位于第一介质层内，且所述金属pad的下底与所述二氧化硅层表面相接触；第二下拉电极位于第三介质层内，且所述第二下拉电极的下底与所述二氧化硅层表面相接触；第一锚区设置于第一段传输线上，第二锚区设置于第二段传输线上，固支梁架空在第一锚区和第二锚区之间，所述固支梁一端与第一锚区内侧相接触，所述固支梁的另一端与第二锚区的内侧相接触。

优选的：所述第一介质层、第二介质层、第三介质层均为氮化硅绝缘介质层。

优选的：所述衬底为高阻硅衬底。

又进一步地：所述带通滤波器的中心频率与本地振荡信号的频率相同，可以将由本地振荡信号经过混频结构泄漏的能量吸收，解决了泄漏的本地振荡信号自混频的问题，而输入信号属于带通滤波器的阻带频域，其频率处于带通滤波器的通带以外，不会通过带通滤波器，直接进入混频结构。

有益效果：本发明相对于现有的微波接收机具有以下优点：

1.本发明的面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端包含振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器。所述混频器在传统的混频结构前加了带通滤波器，带通滤波器的中心频率与本地振荡信号的频率相同，可以将由本地振荡信号经过混频结构泄漏的能量吸收，解决了泄漏的本地振荡信号自混频的问题，而输入信号属于带通滤波器的阻带频域，其频率处于带通滤波器的通带以外，不会通过带通滤波器，直接进入混频结构，此设计使得泄漏的能量被收集起来，最终储存在充电电池中，降低了直流功耗。

2.充电电池与直流电源并联，给有源电路实现自供电。

附图说明

图1为本发明的面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端的原理框图；

图2为本发明中的振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器的结构图；

图3为本发明中带通滤波器的等效电路图；

图4为本发明中带通滤波器中的电容式固支梁的俯视图；

图5为本发明中带通滤波器中的电容式固支梁的bb’面剖面图。

图中包括：微波天线1，微波滤波器2，充电电池3，直流电源4，低噪声放大器5，振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6，本地振荡器7，中频滤波器8，中频输出9，混频结构10，带通滤波器11，ac/dc转换模块12，本地振荡信号输入端口13，信号输入端口14，混频信号输出端口15衬底16，第一段传输线17、第二段传输线18、第一锚区19，第二锚区20，固支梁21，金属pad22，第一介质层23，第一下拉电极24，第二介质层25，第二下拉电极26，第三介质层27，sio2层28，第一平面电感l1、第二平面电感l2，电容式固支梁一k1，电容式固支梁二k2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，一种面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端，包括微波天线1、微波滤波器2、充电电池3、直流电源4、低噪声放大器5、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6、本地振荡器7、中频滤波器8和中频输出9；所述微波天线1用来接收微波信号；所述微波滤波器2用来滤除微波天线1接收到的信号中的杂波；所述充电电池3用于将ac/dc转换模块12得到的直流电压能量储存在电池之中，同时与直流电源4并联，给有源电路实现自供电；所述低噪声放大器5用来放大滤波器输出的微波信号并接入混频器；所述振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6用于在实现信号混频的同时，消除本地振荡信号的自混频产生的直流失调，收集混频结构泄漏的本地振荡信号的能量，并由ac/dc转换模块将泄漏的能量转换成直流电压后储存于电池之中；所述本地振荡器7用于产生本地振荡信号；所述中频滤波器8用于滤波后输出中频信号。

所述微波天线1连接到微波滤波器2的输入端，所述微波滤波器2输出端与低噪声放大器5的输入端相连接，所述低噪声放大器5的输出端连接振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6的信号输入端口14，所述本地振荡器7的输出端与振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6的本地振荡信号输入端口13相连，振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6的混频信号输出端口15与中频滤波器8输入端相连，中频滤波器8的输出端连接中频输出9，得到微波接收机后端可处理的相对稳定的中频信号；振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6的ac/dc转换模块12连接充电电池3，充电电池3与直流电源4并联后，为低噪声放大器5、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6和本地振荡器7提供能量并实现自供电。

微波天线1接收到微波信号，该信号经过微波滤波器2后，到达下一级的低噪声放大器5，而后被放大的微波信号经过振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6，除了实现传统混频结构的将输入信号下变频至中频信号的功能之外，能够收集混频结构泄漏的本地振荡信号的能量。混频后的信号经过中频滤波器8滤波后，便可得到可以处理的中频信号。振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6的ac/dc转换模块连接充电电池3，充电电池3与直流电源4并联后，共同为低噪声放大器5、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6和本地振荡器7提供能量。所述的振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6收集了由本地振荡信号经过混频结构泄漏的能量并储存于充电电池3中，避免了本地振荡信号自混频，降低了直流功耗。

如图2所示，所述振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6包括带通滤波器11，ac/dc转换模块12，本地振荡信号输入端口13，信号输入端口14，混频信号输出端口15和混频结构10，其中所述混频结构10为三端口网络，三个端口分别为信号输入端口14、本地振荡信号输入端口13和混频信号输出端口15；所述信号输入端口14与所述带通滤波器11的输入端相连后，所述信号输入端口14再与混频结构10的输入端相连，所述混频结构10的本地振荡信号输入端口13连接本地振荡器7的输出端，所述带通滤波器11的输出端连接ac/dc转换模块12，最后混频结构10的混频信号输出端口15输出混频后的中频信号。所述带通滤波器11的中心频率与本地振荡信号的频率相同，可以将由本地振荡信号经过混频结构10泄漏的能量吸收，解决了泄漏的本地振荡信号自混频的问题，而输入信号属于带通滤波器11的阻带频域，其频率处于带通滤波器11的通带以外，不会通过带通滤波器11，直接进入混频结构10。

所述振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6是一个三端口的器件，端口之间不是完全隔离的，增加本地振荡器7之后，部分本地振荡信号会经过混频器传到信号输入端口14，本地振荡信号的频率是fc，所以泄露到信号输入端口14的部分本地振荡信号的频率也是fc；所述带通滤波器11的中心频率是fc，意味着频率为fc的信号会经过带通滤波器11传到ac/dc转换模块12，而频率不是fc的信号不会通过带通滤波器11，所以泄漏的本地振荡器信号最终传到了ac/dc模块12，ac/dc模块12将交流信号转换为直流信号，可以给充电电池3充电。

如图3所示，所述带通滤波器11包括第一平面电感l1、第二平面电感l2、电容式固支梁一k1和电容式固支梁二k2；所述电容式固支梁一k1的第一段传输线17作为微波信号输入端口，所述电容式固支梁一k1的第二段传输线18连接第一平面电感l1的左端口，所述电容式固支梁一k1的金属pad22连接地，所述第一平面电感l1的右端口与所述第二平面电感l2的左端口相连后，再与所述电容式固支梁二k2的第一段传输线17相连，所述第二平面电感l2的右端口接地，电容式固支梁二k2的第二段传输线18悬空，所述电容式固支梁二k2的金属pad22引线作为滤波器的输出端与ac/dc转换模块12相连。通过控制电容式固支梁一k1和电容式固支梁二k2的第一下拉驱动电极24、第二下拉驱动电极26上的下拉驱动电压能够调节接入的电容的大小，从而调节滤波器的通带频域。

如图4和图5所示，所述带通滤波器11中电容式固支梁包括电容式固支梁一k1和电容式固支梁二k2；所述电容式固支梁由下到上依次设置有高阻硅衬底16、二氧化硅层28，所述第一段传输线17设置于二氧化硅层28表面的一端，所述第二段传输线18设置于二氧化硅层28表面的另一端；第二介质层25、第一介质层23和第三介质层27从左到右依次设置于第一段传输线17与第二段传输线18之间的二氧化硅层28表面；第一下拉电极24位于第二介质层25内，且所述第一下拉电极24的下底与所述二氧化硅层28表面相接触；金属pad即金属极板22位于第一介质层23内，且所述金属pad22的下底与所述二氧化硅层28表面相接触；第二下拉电极26位于第三介质层27内，且所述第二下拉电极26的下底与所述二氧化硅层28表面相接触；第一锚区19设置于第一段传输线17上，第二锚区20设置于第二段传输线18上，固支梁21架空在第一锚区19和第二锚区20之间，所述固支梁21一端与第一锚区19内侧相接触，所述固支梁21的另一端与第二锚区20的内侧相接触。所述第一介质层23、第二介质层25、第三介质层27均为氮化硅绝缘介质层。

本发明的不同之处在于：

本发明的面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端包含振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6。振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6在传统的混频结构前并联了带通滤波器和ac/dc转换模块用以收集由混频结构泄漏的本地振荡信号能量。带通滤波器是由平面电感和电容式固支梁构成，通过简单的控制电容式固支梁的下拉驱动电压来调节接入滤波网络的电容的大小，从而调节滤波器的通带频域，使得输入信号不会被该滤波器滤除，而由混频结构泄漏过来的本地振荡信号可通过滤波器到达ac/dc转换模块，并转换为直流信号收集起来，储存于充电电池之中。

本发明的面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端包含充电电池3。充电电池3与直流电源4并联后，为低噪声放大器5、振荡信号泄漏能量收集的固支梁混频器6、本地振荡器7供电，实现有源电路的自供电。

满足以上条件的结构即可视为本发明的面向物联网泄漏能量收集的固支梁微波接收机前端。

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。