CN101159345A - 锯齿形共面波导结构的毫米波mems移相器 - Google Patents
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Abstract
锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，涉及一种小型化毫米波移相器。它解决了现有MEMS移相器存在单桥相移量小、相位精度低的问题。它包括共面波导和n个金属桥，共面波导由基板、信号线、两根地线组成，信号线固定在基板上表面的中间，在信号线的两侧间隔固定有地线，金属桥周期跨在共面波导基体上，每个金属桥的两端分别固定在共面波导上的两根地线上，它还包括n个介质基片，在每个金属桥正下方的信号线的两侧有对称的向内凹陷的锯齿，在所述锯齿对应的信号线上表面固定有介质基片，所述介质基片的介电常数为2～20，厚度t为0.1μm～5μm。本发明可以广泛的应用于射频通信系统以及小型相控阵雷达、相控阵天线等系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型化毫米波移相器。
背景技术
移相器是相控阵雷达、卫星通信、移动通信设备中的核心组件中最重要的部分，它的工作频带、插入损耗直接影响着这些设备的抗干扰能力和灵敏度，以及系统的重量、体积和成本。在传统的移相器电路中常常采用二极管或铁氧体器件作为移相器电路的主体元器件，但是传统移相器具有功耗高、插入损耗高、可靠性差、成本高等缺点。而且应用传统移相器来设计毫米波段(如Ka波段)相控阵的馈电网络是行不通的，因为阵元的间距在毫米数量级，甚至已小于元器件的物理尺寸。而射频微机电系统(Radio Frequency Micro ElectroMechanical Systems，缩写为RF MEMS)移相器具有传统移相器所无法比拟的体积小、损耗小、成本低、频带宽、易于集成等突出优点，可使得微波电路的结构、性能发生根本性改变。因此应用MEMS技术研究和开发基于MEMS工艺的毫米波移相器可大大减小设备的体积和重量，具有十分重要的意义。
传统的分布式移相器结构，如图1所示，它采用了分布式传输线结构，通过在共面波导传输线上周期的加载MEMS金属桥，在金属桥上施加电压来控制桥的高度来改变金属桥和传输线之间的电容从而改变传输线上的传播常数，实现改变入射波相移的目的。
这种移相器由于仅仅通过改变两种状态下桥的高度来改变相移，而金属桥的高度变化范围有限，只能产生很小的一段位移，因此两种状态下的电容比非常低，因而相移量较小。而且由于金属桥的疲劳效应，在工作一段时间后，金属桥在下拉状态会出现定位不准的现象，从而造成对相位的精度控制不够准确，而且一旦金属桥与信号线接触，会造成短路使得电路失效。
发明内容
为了解决现有的MEMS移相器存在单桥相移量小、相位精度低的问题，本发明提供了一种锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器。它包括共面波导6和n个金属桥4，所述共面波导6由基板1、信号线2、两根地线3组成，信号线2固定在基板1上表面的中间，在信号线2的两侧间隔固定有地线3，所述金属桥周期跨在共面波导6的基板1上，所述金属桥4与所述信号线2垂直，每个金属桥4的两端分别固定在共面波导6上的两根地线3上，其特征在于它还包括n个绝缘的介质基片5，在每个金属桥4正下方的信号线2的两侧有对称的向内凹陷的锯齿61，在与所述锯齿61对应的信号线2上表面固定有介质基片5，所述介质基片5的介电常数为2～20，所述介质基片5的厚度t为0.1μm～5μm，所述n为大于1的自然数。
本发明所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，工作在34～36GHz的毫米波工作频段，它在不增加成本、不增加反射损耗的前提下提高了单桥相移量和相移控制精度，并且本发明的移相器尺寸小、使用寿命长，适合大批量生产，可以广泛的应用于射频通信系统以及小型相控阵雷达、相控阵天线等系统中。
附图说明
图1是传统的分布式移相器结构示意图，图2是本发明的结构示意图，图3是图2中的共面波导6的结构示意图，图4是图2的A-A剖视图，图5、图6、图7是具体实施方式十所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的射频仿真结果示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图2至图4说明本实施方式。本实施方式所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器包括共面波导6和n个金属桥4，所述共面波导6由基板1、信号线2、两根地线3组成，信号线2固定在基板1上表面的中间，在信号线2的两侧间隔固定有地线3，所述金属桥周期跨在共面波导6的基板1上，所述金属桥4与所述信号线2垂直，每个金属桥4的两端分别固定在共面波导6上的两根地线3上，它还包括n个绝缘的介质基片5，在每个金属桥4正下方的信号线2的两侧有对称的向内凹陷的锯齿61，在与所述锯齿61对应的信号线2上表面固定有介质基片5，所述介质基片5的介电常数为2～20，所述介质基片5的厚度t为0.1μm～5μm，所述n为大于1的自然数。
本实施方式与传统的分布式MEMS移相器相比，主要优点有：一、通过在金属桥与信号线间使用介质层，一方面提高了移相器在两种工作状态下金属桥所引入的电容比，进而提高单桥的相移量；另一方面，本实施方式的移相器在“关态”时，金属桥被下拉到介质层上，通过控制介质层的厚度来精确的限定在“关态”下金属桥与信号线之间的距离，进而不但实现了对相移的精确控制，还可以提高移相器的使用寿命。二、通过将共面波导上的信号线设置成锯齿形，使其在工作的时候所引进的电感基本抵消金属桥所引入的电容，从而减小引入的介质层与并联的电路结构对原传输线的影响，起到了降低反射的作用。本实施方式的移相器在不增加反射损耗的情况下来提高单桥相移量及其控制精度。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的不同之处在于，所述介质基片5的介电常数为2～11。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的不同之处在于，所述介质基片5的介电常数为11～20。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的不同之处在于，所述介质基片5的厚度t为0.1μm～2μm。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的不同之处在于，所述介质基片5的厚度t为2μm～5μm。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的不同之处在于，所述介质基片5的厚度t为1μm或3μm。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的不同之处在于，所述介质基片5采用聚酰亚胺或氮化硅或二氧化硅材料制成。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的不同之处在于，所述聚酰亚胺材料的介电常数为3.4，所述介质基片5的厚度为0.1μm～0.6μm。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的不同之处在于，所述氮化硅材料的介电常数为7.5，所述介质基片5的厚度t＝0.3μm～0.5μm。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的不同之处在于，所述底部基板1为介电常数为11.9的附有二氧化硅层的高阻硅材料，所述底部基板1的厚度H＝500μm，所述共面波导6上的信号线2导体带条宽度W＝100μm，所述信号线2和地线3之间距离G＝100μm，金属桥4宽度X＝25μm，相邻金属桥4之间距离S＝100μm，金属桥4的节数n＝4，锯齿形结构61深入到信号线2中的深度G1＝120μm。
本实施方式的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器在工作的时候，通过在金属桥4和信号线2之间施加直流电压来改变金属桥4的高度，当不施加电压时，金属桥4保持正常状态，在施加电压后金属桥4产生形变，下拉直至贴敷到信号线2的介质基片5上，这时金属桥4和信号线2之间的电容发生变化，引起传输线上相移常数变化，从而实现了相移的改变。
图5～图7是本实施方式所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的电磁场仿真结果。在34～36GHz的频带内，插入损耗高于-2dB，反射损耗低于-10dB。在整个通带内相移具有较好的线性度，在35GHz处仅四桥结构相移即可以大于90°，且误差精度在±5°内，单桥相移量高达22.5°。
Claims (8)
1.锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，它包括共面波导(6)和n个金属桥(4)，所述共面波导(6)由基板(1)、信号线(2)、两根地线(3)组成，信号线(2)固定在基板(1)上表面的中间，在信号线(2)的两侧间隔固定有地线(3)，所述金属桥周期跨在共面波导(6)的基板(1)上，所述金属桥(4)与所述信号线(2)垂直，每个金属桥(4)的两端分别固定在共面波导(6)上的两根地线(3)上，其特征在于它还包括n个绝缘的介质基片(5)，在每个金属桥(4)正下方的信号线(2)的两侧有对称的向内凹陷的锯齿(61)，在与所述锯齿(61)对应的信号线(2)上表面固定有介质基片(5)，所述介质基片(5)的介电常数为2～20，所述介质基片(5)的厚度t为0.1μm～5μm，所述n为大于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，其特征在于所述介质基片(5)的介电常数为2～11。
3.根据权利要求1所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，其特征在于所述介质基片(5)的介电常数为11～20。
4.根据权利要求1所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，其特征在于所述介质基片(5)的厚度t为0.1μm～2μm。
5.根据权利要求1所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，其特征在于所述介质基片(5)的厚度t为2μm～5μm。
6.根据权利要求1所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，其特征在于，所述介质基片(5)采用聚酰亚胺或氮化硅或二氧化硅材料制成。
7.根据权利要求6所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，其特征在于所述聚酰亚胺材料的介电常数为3.4，所述介质基片(5)的厚度为0.1μm～0.6μm。
8.根据权利要求6所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，其特征在于所述氮化硅材料的介电常数为7.5，所述介质基片(5)的厚度t＝0.3μm～0.5μm。
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|---|---|
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101276950A (zh) * | 2008-04-23 | 2008-10-01 | 哈尔滨工业大学 | 矩形桥式共面波导结构的毫米波微机电系统移相器 |
| CN105449327A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-03-30 | 西安电子科技大学 | 基于机电耦合的分布式mems移相器电容桥高度公差的确定方法 |
| CN106450722A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-22 | 天津大学 | 一种加载bst铁电薄膜移相器的天线阵 |
| CN107332605A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-07 | 山东航天电子技术研究所 | 一种基于Ka‑S频段中继一体化测控系统的测控方法 |
| CN112787052A (zh) * | 2019-11-07 | 2021-05-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | Mems移相器及其制作方法 |
| CN115084805A (zh) * | 2021-03-16 | 2022-09-20 | 北京京东方技术开发有限公司 | Mems移相器 |
| WO2023005598A1 (zh) * | 2021-07-29 | 2023-02-02 | 京东方科技集团股份有限公司 | 天线、天线阵列及通信系统 |
| WO2023122887A1 (zh) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | 京东方科技集团股份有限公司 | 移相器及其制备方法、相控阵天线 |
| US12113261B2 (en) | 2021-05-26 | 2024-10-08 | Beijing Boe Technology Development Co., Ltd. | Phase shifter and antenna |
-
2007
- 2007-10-12 CN CNA2007101444283A patent/CN101159345A/zh active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101276950A (zh) * | 2008-04-23 | 2008-10-01 | 哈尔滨工业大学 | 矩形桥式共面波导结构的毫米波微机电系统移相器 |
| CN105449327A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-03-30 | 西安电子科技大学 | 基于机电耦合的分布式mems移相器电容桥高度公差的确定方法 |
| CN105449327B (zh) * | 2015-12-23 | 2018-01-16 | 西安电子科技大学 | 基于机电耦合的分布式mems移相器电容桥高度公差的确定方法 |
| CN106450722A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-22 | 天津大学 | 一种加载bst铁电薄膜移相器的天线阵 |
| CN107332605A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-07 | 山东航天电子技术研究所 | 一种基于Ka‑S频段中继一体化测控系统的测控方法 |
| CN112787052A (zh) * | 2019-11-07 | 2021-05-11 | 京东方科技集团股份有限公司 | Mems移相器及其制作方法 |
| US11855327B2 (en) | 2019-11-07 | 2023-12-26 | Beijing Boe Sensor Technology Co., Ltd. | MEMS phase shifter and manufacturing method thereof |
| CN115084805A (zh) * | 2021-03-16 | 2022-09-20 | 北京京东方技术开发有限公司 | Mems移相器 |
| CN115084805B (zh) * | 2021-03-16 | 2023-08-08 | 北京京东方技术开发有限公司 | Mems移相器 |
| US12113261B2 (en) | 2021-05-26 | 2024-10-08 | Beijing Boe Technology Development Co., Ltd. | Phase shifter and antenna |
| WO2023005598A1 (zh) * | 2021-07-29 | 2023-02-02 | 京东方科技集团股份有限公司 | 天线、天线阵列及通信系统 |
| WO2023122887A1 (zh) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | 京东方科技集团股份有限公司 | 移相器及其制备方法、相控阵天线 |
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