CN104241735B - 一种基于微机械电子技术的微波移相器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微机械电子技术的微波移相器，它包括分布参数传输线（1）、电容驱动器（3）和介质基片（2），电容驱动器（3）设于介质基片（2）上，电容驱动器（3）一端通过U型梁（9）与分布参数传输线（1）的地相连，另一端与驱动电源相连，交指电容（8）均匀的加载在信号线（7）与地之间，形成分布参数传输线（1）。本发明具有以下优点：通过交指电容驱动器产生静电力，使分布参数传输线的地发生位移，进而使交指电容的电容量发生相应的变化，信号的相位也发生改变，当驱动电压连续变化时，实现相位的连续变化及无限个相位状态，结构简单，控制方便。

Description

一种基于微机械电子技术的微波移相器

技术领域

本发明涉及微电子机械领域，特别是涉及一种基于微机械电子技术的微波移相器。

背景技术

移相器能对波的相位进行调整，在相控阵雷达、导弹姿态控制、通信、仪器仪表等领域都有着广泛的应用。运用移相器能构成相控阵天线，平衡混频器，功率分配器等微波功能电路。其工作原理根据不同的构成而存在差异，如晶体管电路，可在输入端加入一个控制信号来控制移相大小；在有些电路中则利用阻容电路的延时达到移相；在单片机控制系统还可利用内部定时器达到移相的目的。

现有技术中的数字式微机械电子移相器，它通过静电力控制MEMS bridge的上下位置来改变分布参数传输线的分布参数电容，从而改变输入信号的相位，如图4所示。由于MEMS bridge只有上下两种状态，导致现有技术的移相器只能实现有限的相位状态，若要实现多个相位状态，则需要多个控制端口，不仅控制复杂，且使得移相器的结构变得复杂，在加工时，采用硅表面加工技术，工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、加工工艺简单的基于微机械电子技术的微波移相器，它能实现相位的连续变化，同时仅需四个控制端口就能实现无限个相位状态，控制简单方便。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于微机械电子技术的微波移相器，它包括分布参数传输线、电容驱动器和介质基片，传输线设于介质基片上端。分布参数传输线包括信号线、第一接地线、第二接地线和交指电容，信号线设置在第一接地线和第二接地线之间，信号线的两端分别设有信号输入端和信号输出端，信号线和接地线之间还设有交指电容，交指电容均匀的加载在信号线与接地线之间。电容驱动器设于介质基片上，电容驱动器一端通过U型梁与分布参数传输线的地相连，另一端与驱动电源相连。

进一步的，所述的分布参数传输线为信号线周期加载交指电容，所述的电容驱动器为梳子电容驱动器。

进一步的，所述的介质基片的材料为硅。

进一步的，所述的梳子电容驱动器为四个，四个梳子电容驱动器对称设置在分布参数传输线的左右两侧。

进一步的，所述微波移相器的加工采用硅体加工工艺。

本发明的有益效果是：

（1）通过梳子电容驱动器产生静电力，使分布参数传输线的地发生位移，进而使交指电容的电容量发生相应的变化，信号的相位也发生改变，当驱动电压连续变化时，输出的信号相位的连续变化，从而实现相位的连续变化，同时也能实现无限个相位状态；

（2）分布参数传输线是通过周期加载交指电容，能实现多个相位状态，且能实现模拟式移相器，加工简单；

（3）仅通过四个控制端口，即梳子电容驱动器，就能实现无限个相位状态，结构简单，控制简单且方便；

（4）微波移相器的加工工艺采用硅体加工工艺，工艺简单。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为图1的A-A方向剖视图；

图3为分布参数传输线的原理图；

图4为现有的微机械电子移相器的结构图；

图5为本发明工作时的结构图；

图6为本发明的加工流程图；

图中，1-分布参数传输线，2-介质基片，3-梳子电容驱动器，4-第二接地线，5-信号输出端，6-信号输入端，7-信号线，8-交指电容，9-U型梁，10-第一接地线。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1、图2所示，一种基于微机械电子技术的微波移相器，它包括分布参数传输线1、电容驱动器3和介质基片2，传输线1设于介质基片2上端。分布参数传输线1包括信号线7、第一接地线10、第二接地线4和交指电容8，信号线7设置在第一接地线10和第二接地线4之间，信号线7的两端分别设有信号输入端6和信号输出端5，信号线7和接地线之间还设有交指电容8，交指电容8均匀的加载在信号线7与接地线之间。电容驱动器3设于介质基片2上，电容驱动器3一端通过U型梁9与传输线1的接地线相连，另一端与驱动电源相连。

进一步的，所述的分布参数传输线1采用信号线周期加载交指电容8，所述的电容驱动器3为梳子电容驱动器。

进一步的，所述的介质基片2的材料为硅。

进一步的，所述的梳子电容驱动器3为四个，四个梳子电容驱动器对称设置在分布参数传输线1的左右两侧。

进一步的，所述微波移相器的加工采用硅体加工工艺，如图6所示，本工艺基于SOI基片，首先的在SOI基片表面溅射一层金属，然后刻蚀金属形成电路图形，接着用DRIE工艺去除没有金属层覆盖的硅，最后湿法刻蚀掉SiO₂层，形成悬空结构，工艺简单。

如图3所示，C_t，L_t为无负载传输线的分布参数电容和电感，C_b为交指电容的电容量，L_b为交指电容的电感，C_b可调，输入输出信号的相位变化计算公式为

其中f为输入信号频率，l为分布参数传输线长度。

本发明的工作原理如下：如图5所示，交指电容驱动器产生静电力，并通过U型梁使分布参数传输线的地发生位移，即图3中的g1，g2发生变化，周期加载的交指电容的电容量相应的改变，根据输入输出信号的相位变化计算公式，信号的相位也发生改变。当驱动电压连续变化时，输出的信号相位也连续变化，从而实现无限个相位状态。

Claims (4)

1.一种基于微机械电子技术的微波移相器，它包括分布参数传输线(1)和介质基片(2)，分布参数传输线(1)设于介质基片(2)上端，分布参数传输线(1)包括信号线(7)、第一接地线(10)、第二接地线(4)和加载电容(8)，信号线(7)设置在第一接地线(10)和第二接地线(4)之间，信号线(7)的两端分别设有信号输入端(6)和信号输出端(5)，信号线(7)和接地线之间还设有加载电容(8)，其特征在于：它还包括电容驱动器(3)，电容驱动器(3)设于介质基片(2)上，电容驱动器(3)一端通过U型梁(9)与分布参数传输线(1)的接地线相连，另一端与驱动电源相连；所述的加载电容(8)为交指电容，加载电容(8)均匀的加载在信号线(7)与接地线之间，形成分布参数传输线；所述微波移相器的加工采用硅体加工工艺，所述硅体加工工艺基于SOI片，首先在SOI基片表面溅射一层金属，然后刻蚀金属形成电路图形，接着用DRIE工艺去除没有金属层覆盖的硅，最后湿法刻蚀掉SiO₂层，形成悬空结构；

交指电容驱动器产生静电力，并通过U型梁使分布参数传输线(1)的地发生位移，周期加载的交指电容的电容量相应的改变，并根据输入输出信号的相位变化计算公式，信号的相位也发生改变，当驱动电压连续变化时，输出的信号相位也连续变化，从而实现无限个相位状态；所述输入输出信号的相位变化计算公式为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\Φ}=\mathrm{\β}l=2\mathrm{\π}fl(\sqrt{L_t(C_t+\frac{C_{b1}}{S})}+\sqrt{L_t(C_t+\frac{C_{b2}}{S})})$

式中：C_t-无负载传输线的分布参数电容；L_t-无负载传输线的分布参数电感；C_b-交指电容的电容量；f-输入信号频率；l-分布参数传输线长度。

2.根据权利要求1所述的一种基于微机械电子技术的微波移相器，其特征在于：所述的分布参数传输线(1)为信号线(7)周期加载加载电容(8)，所述的电容驱动器(3)为梳子电容驱动器。

3.根据权利要求1所述的一种基于微机械电子技术的微波移相器，其特征在于：所述的介质基片(2)的材料为硅。

4.根据权利要求2所述的一种基于微机械电子技术的微波移相器，其特征在于：所述的梳子电容驱动器(3)为四个，四个梳子电容驱动器对称设置在分布参数传输线(1)的左右两侧。