CN104734664A - 一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器，包括电调衰减器和压控振荡信号源，所述压控振荡信号源的输出端连接到电调衰减器，所述电调衰减器由微带线模块和PIN二极管组成，所述压控振荡信号源包括有源放大器件、谐振器件、调谐网络和偏置电路，所述微带线模块包括含有空气腔的衬底、设于衬底表面的一层介质薄膜、设于介质薄膜上的微带线及其输入、输出端口的焊盘和接地焊盘，所述PIN二极管设于微带线输入、输出端口的焊盘与接地焊盘之间。本发明能够实现压控振荡器的输出信号在基本不失真的情况下，输出功率能够连续衰减可调。

Description

一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器

技术领域

本发明涉及一种压控振荡器，具体涉及一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器。

背景技术

压控振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期，压控振荡器被用于在发射机中产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本地振荡器，成为发射和接收设备的基本部件；在无线电测量仪器中，被用于产生各种频段的正弦信号电压；在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，被用于产生大功率的高频电能对负载加热等；尤其在通信系统电路中，压控振荡器是其关键部件，特别是在锁相环、时钟恢复和频率综合器等电路中更是重中之重，在目前研究火热的原子钟里也起到了至关重要的作用。

然而，一般压控振荡器的输出功率是基本不变的，而现代通信对整机动态范围的要求越来越大，单用自动增益控制电路来控制其动态范围已不能满足动态要求，经常需要借助于电调衰减器实现压控振荡器输出信号的功率在一定范围内连续可调，且作为一种控制射频信号输出功率的部件，电调衰减器也被广泛的应用于雷达、电子对抗、通信等各类微波系统中。由于相比于GaAs MESFET等器件，PIN二极管在耐功率性能、低损耗和极小的寄生电参数等方面有显著的优点，因而其在微波电路中更显优势，利用PIN二极管设计的电调衰减器具有体积小、重量轻、频带宽、损耗低、衰减范围大、响应时间极快等优点。不过，在PIN二极管电调衰减器中，PIN二极管之间的连接是通过四分之一波长的微带线实现，当基质板的介电常数不是很高时，四分之一波长的微带线占据较大的面积，且对于厘米波段和毫米波段的微波信号来说，由于微带线两面介质的不均匀会引起色散现象。基于此，急切需要找到一种方法解决上述问题，即微带线的占据面积和信号传输的色散现象，使得压控振荡器的输出信号能够在基本不失真的情况下，实现输出功率的连续衰减可调。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器，实现压控振荡器的输出信号在基本不失真的情况下，输出功率能够连续衰减可调。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器，包括电调衰减器和压控振荡信号源，所述压控振荡信号源的输出端连接到电调衰减器，所述电调衰减器由微带线模块和PIN二极管组成，所述压控振荡信号源包括有源放大器件、谐振器件、调谐网络和偏置电路，所述微带线模块包括含有空气腔的衬底、设于衬底表面的一层介质薄膜、设于介质薄膜上的微带线及其输入、输出端口的焊盘和接地焊盘，所述PIN二极管设于微带线输入、输出端口的焊盘与接地焊盘之间。

上述技术方案中，所述微带线的特性阻抗为50欧姆，其形状可以为蛇形、环绕形、方块形等，优选环绕形。

上述技术方案中，所述空气腔通过键合连接微带线的接地板，并通过刻蚀接地通孔条连接微带线的接地板和接地焊盘。

上述技术方案中，所述介质薄膜采用低介电常数的材料，优选SiO₂-Si₃N₄-SiO₂复合介电层结构。

本发明的微带线模块在制造时，先在衬底表面形成一层介质薄膜，然后在该薄膜上电镀形成微带线及其输入、输出端口的焊盘，最后将其高介电常数的衬底掏成一个空气腔，所述的微带线的接地板通过在衬底上溅射和电镀金属得到。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明结合电调衰减器，能够实现压控振荡信号源输出信号的功率连续衰减可调，为后续电路提供合适的功率值。

2．本发明采用微机电技术设计和制造微带线，可以减小微带线所占据的面积，有利于小型化压控振荡器的设计。

3．本发明中微带线的衬底被制造成空气腔，解决了传统微带线两面介质不均匀的情况，使得波在行进过程中的切向分量是连续的，进而消除了由于介质不均匀引起的色散现象。

附图说明

图1是实施例一中本发明的外形结构框架图。

图2是实施例一中本发明的压控振荡信号源的结构示意图。

图3是实施例一中本发明的微带线的结构示意图。

图4是实施例一中本发明的电调衰减器的结构俯视示意图。

其中：1、空气腔；2、硅衬底；3、介质薄膜；4、微带线；5、接地焊盘；6、PIN二极管；7、接地板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1至4所示，一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器，包括电调衰减器和压控振荡信号源，所述压控振荡信号源的输出端连接到电调衰减器，所述电调衰减器由微带线模块和PIN二极管组成，所述压控振荡信号源包括有源放大器件、谐振器件、调谐网络和偏置电路，所述微带线模块包括含有空气腔1的硅衬底2、设于衬底表面的一层介质薄膜3、设于介质薄膜上的微带线4及其输入、输出端口的焊盘和接地焊盘5，所述PIN二极管6设于微带线输入、输出端口的焊盘与接地焊盘之间。

本实施例中，所述微带线基于微机电技术设计与制造，其特性阻抗为50欧姆，尺寸可由AppCAD、ADS等软件根据压控振荡信号源的基波频率、微带线基质板的介电常数和厚度以及微带线的特性阻抗等参数计算得到，其形状为蛇形、环绕形、方块形等，优先选用环绕形。

所述空气腔由刻蚀硅衬底形成，通过键合连接微带线的接地板7，并刻蚀接地通孔条连接微带线的接地板和接地焊盘。

所述介质薄膜采用低介电常数的材料，优选SiO₂-Si₃N₄-SiO₂复合介电层结构，其利用等离子体增强型化学气相淀积法在硅衬底表面形成。

在动态衰减范围要求不是很大的情况下，所述电调衰减器由一段四分之一波长的微带线和两个PIN二极管组成。

在成本预算允许的情况下，所述有源放大器件采用低噪声系数的高频器件，所述谐振器件采用小体积、高品质因数的同轴谐振器或薄膜体声波谐振器。

Claims (4)

1.一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器，包括电调衰减器和压控振荡信号源，所述压控振荡信号源的输出端连接到电调衰减器，其特征在于：所述电调衰减器由微带线模块和PIN二极管组成，所述压控振荡信号源包括有源放大器件、谐振器件、调谐网络和偏置电路，所述微带线模块包括含有空气腔的衬底、设于衬底表面的一层介质薄膜、设于介质薄膜上的微带线及其输入、输出端口的焊盘和接地焊盘，所述PIN二极管设于微带线输入、输出端口的焊盘与接地焊盘之间。

2.根据权利要求1所述的一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器，其特征在于：所述微带线的特性阻抗为50欧姆。

3.根据权利要求1所述的一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器，其特征在于：所述空气腔通过键合连接微带线的接地板，所述接地板与接地焊盘之间连接有接地通孔条。

4.根据权利要求1所述的一种带有基于微机电技术的电调衰减器的压控振荡器，其特征在于：所述的介质薄膜采用SiO₂-Si₃N₄-SiO₂复合介电层结构。