CN108306081B - 一种应用于射频领域的大功率mems开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，包括有衬底，衬底上方分布有微波传输线，微波传输线的左右两侧设置有第一共面波导传输线地线与第二共面波导传输线地线，微波传输线的前端设置有功分结构，微波传输线的后端设置有合路结构，微波传输线的上方架设有悬浮结构，功分结构、合路结构之间设置有开关结构，开关结构之间设置有悬浮地结构，微波传输线、衬底之间设置有驱动结构。由此，采用了功分结构和合路结构，对射频MEMS的功率容量进行扩展，由功分结构和合路结构对射频信号功率进行分配与合路，避免了直接并联开关所带来的趋肤效应的影响，提高了开关的功率容量。设计简单方便，功分结构和合路结构可以叠加形成树形结构，易于扩展。

Description

一种应用于射频领域的大功率MEMS开关
技术领域
本发明涉及一种射频MEMS开关结构，尤其涉及一种应用于射频领域的大功率MEMS开关。
背景技术
射频MEMS(微电子机械系统)开关是射频MEMS领域中较为重要的一个分支，它是利用MEMS技术制作的一种射频开关，通过微机械结构的运动，来达到控制信号的通与断的目的。由于射频MEMS开关的高隔离度、低损耗、高线性度等优势，使其在雷达、通信、测试仪器等领域有着广泛的应用前景。但传统射频MEMS开关较低的功率容量是限制其应用的主要瓶颈之一。
对于射频MEMS开关，其功率容量是指使开关完成一定循环次数而不发生失效的输入功率极限，而寿命则是指开关在一定功率条件下能正常工作的循环次数。通常，功率容量与寿命是相互关联的一组指标。对于传统的射频MEMS开关，当通过较大功率时，会使得开关发生不可逆的损坏，进而失效。解决这类失效问题、增大器件的功率容量的最直接的方法即增加并联开关个数，但在射频微波频段，电磁场信号的趋肤效应(或称边缘效应)非常明显，使得电流集中在外侧的开关上，增加并联开关个数所起到的作用并不明显。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种应用于射频领域的大功率MEMS开关。
本发明的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，包括有衬底，其中：所述衬底上方分布有微波传输线，所述微波传输线的左右两侧设置有第一共面波导传输线地线与第二共面波导传输线地线，所述微波传输线的前端设置有功分结构，所述微波传输线的后端设置有合路结构，所述微波传输线的上方架设有悬浮结构，所述功分结构、合路结构之间设置有开关结构，所述微波传输线、衬底之间设置有驱动结构。
进一步地，上述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其中，所述悬浮结构包括有悬浮地，所述悬浮地设置在开关结构之间，所述悬浮地的左右两端均设置有空气桥，所述空气桥还与第一共面波导传输线地线、第二共面波导传输线地线相连。
更进一步地，上述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其中，所述空气桥为桥形结构，所述桥形结构的底部与悬浮地相连，所述桥形结构的顶部分叉与第一共面波导传输线地线、第二共面波导传输线地线相连。
更进一步地，上述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其中，所述功分结构为T型结构造，或是为Y型结构造；所述合路结构为T型结构造，或是为Y型结构造。
更进一步地，上述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其中，所述开关结构为MEMS开关结构。
更进一步地，上述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其中，所述MEMS开关结构为串联式开关，或是为并联式开关，或是为电容式开关，或是为电阻式开关。
更进一步地，上述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其中，所述驱动结构为MEMS开关驱动电极，所述MEMS开关驱动电极包括下极板、引线、外接焊盘相互连接构成。
更进一步地，上述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其中，所述衬底为玻璃式衬底，或是为陶瓷式衬底，或是为高阻硅式衬底。
再进一步地，上述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其中，所述微波传输线为共面波导传输线，或是为微带线。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、采用了功分结构和合路结构，对射频MEMS的功率容量进行扩展，由功分结构和合路结构对射频信号功率进行分配与合路，避免了直接并联开关所带来的趋肤效应(或称边缘效应)的影响，提高了开关的功率容量。
2、采用到的功分结构与合路结构为同一种结构的不同应用，设计实用过程当中只需要设计功分或者合路其中的一个，另一个直接输入输出互换即可，设计简单方便。
3、功分结构和合路结构可以叠加形成树形结构，易于扩展，方便设计更高功率容量的射频MEMS开关结构。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本应用于射频领域的大功率MEMS开关的立体结构示意图。
图2是本应用于射频领域的大功率MEMS开关的整体结构示意图。
图3是沿图2的A-A’方向的剖面结构示意图。
图4是沿图2的B-B’方向的剖面结构示意图。
图中各附图标记的含义如下。
1 功分结构            2 合路结构
3 空气桥              4 悬浮地
5 微波传输线          6 第一共面波导传输线地线
7 MEMS开关结构        8 MEMS开关驱动电极
9 衬底                10 第二共面波导传输线地线
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至4的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，包括有衬底9。当然，根据实际实用需求的不同以及型号的差异采用的衬底9为玻璃式衬底9，也可以为陶瓷式衬底9，还可以是为高阻硅式衬底9。本发明的其与众不同之处在于：衬底9上方分布有微波传输线5，在微波传输线5的左右两侧设置有第一共面波导传输线地线6与第二共面波导传输线地线10。同时，在微波传输线5的前端设置有功分结构1，微波传输线5的后端设置有合路结构2。并且，在功分结构1、合路结构2之间设置有开关结构。再者，微波传输线5、衬底9之间设置有驱动结构。
结合本发明一较佳的实施方式来看，采用的悬浮结构包括有悬浮地4，悬浮地4设置在开关结构之间。同时，悬浮地4的左右两端均设置有空气桥3，空气桥3还与第一共面波导传输线地线6、第二共面波导传输线地线10相连。具体来说，空气桥3为桥形结构，桥形结构的底部与悬浮地4相连，桥形结构的顶部分叉与第一共面波导传输线地线6、第二共面波导传输线地线10相连。
进一步来看，本发明所采用的功分结构1为T型结构造，或是为Y型结构造。由此，依托于功分结构1的不同式样，可将单路信号分为两路或多路，也可以不均匀的将功率进行分配。同时，即可以一次性分为多路，还可以多个功分结构1叠加。
同时，为了满足必要的合路需要，所采用的合路结构2为T型结构造，或是为Y型结构造。这样，能够在实际实施的时候将两路或多路信号合路为单路信号。具体来说，合路结构2可以将信号功率相等的两路或多路信号进行合成，也可以将信号功率不相等的两路或多路信号进行合成。
由此，在实际使用的时候，可通过功分结构1和合路结构2实现信号的分路和合路，进而实现大功率容量的射频MEMS开关结构。并且，合路结构2的输入信号枝节与输出信号枝节尺寸、形状等可以不同，可以附带其他附属结构(如空气桥3、悬浮地4、信号线转角等结构)。相同的，功分结构1的输入信号枝节与输出信号枝节尺寸、形状等也可以不同，可以附带其他附属结构(如空气桥3、悬浮地4、信号线转角等结构)，关键是针对其传输性能以及功分性能对枝节及其他附属结构设计进行优化。
再进一步来看，本发明采用的开关结构为MEMS开关结构7。具体来说，为了满足不同的应用需要，MEMS开关结构7可以为串联式开关，或是为并联式开关，还可以为电容式开关，亦可以是电阻式开关等各种开关形式。同时，开关可以采用各种驱动方式，例如静电驱动、静磁驱动、压电驱动、热驱动等。
并且，采用的驱动结构为MEMS开关驱动电极8。具体来说，MEMS开关驱动电极8包括下极板、引线、外接焊盘相互连接构成。
再者，为了在实际应用的时候，有效配合空气桥3与悬浮地4等相关结构，可形成类似GSGSG(地线-信号线-地线-信号线-地线)的结构，采用的微波传输线5为共面波导传输线，或是为微带线。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，拥有如下优点：
1、采用了功分结构和合路结构，对射频MEMS的功率容量进行扩展，由功分结构和合路结构对射频信号功率进行分配与合路，避免了直接并联开关所带来的趋肤效应(或称边缘效应)的影响，提高了开关的功率容量。
2、采用到的功分结构与合路结构为同一种结构的不同应用，设计实用过程当中只需要设计功分或者合路其中的一个，另一个直接输入输出互换即可，设计简单方便。
3、功分结构和合路结构可以叠加形成树形结构，易于扩展，方便设计更高功率容量的射频MEMS开关结构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，包括有衬底（9），其特征在于：所述衬底（9）上方分布有微波传输线（5）、功分结构（1）、合路结构（2）、开关结构、悬浮结构、驱动结构，
所述微波传输线（5）的左右两侧设置有第一共面波导传输线地线（6）与第二共面波导传输线地线（10），所述开关结构的两端分别连接所述功分结构（1）与合路结构（2），
所述功分结构（1）的另一端与前端的微波传输线（5）连接，所述合路结构（2）的另一端与后端的微波传输线（5）连接，
所述微波传输线（5）的上方架设有悬浮结构，所述功分结构（1）、合路结构（2）之间设置有开关结构，所述微波传输线（5）、衬底（9）之间设置有驱动结构；
所述悬浮结构包括有悬浮地（4），所述悬浮地（4）设置在开关结构之间，所述悬浮地（4）的左右两端均设置有空气桥（3），所述空气桥（3）还与第一共面波导传输线地线（6）、第二共面波导传输线地线（10）相连；
所述空气桥（3）为桥形结构，所述桥形结构的底部与悬浮地（4）相连，所述桥形结构的顶部分叉与第一共面波导传输线地线（6）、第二共面波导传输线地线（10）相连；
所述开关结构为MEMS开关结构（7）。
2.根据权利要求1所述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其特征在于：所述功分结构（1）为T型结构造，或是为Y型结构造；所述合路结构（2）为T型结构造，或是为Y型结构造。
3.根据权利要求1所述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其特征在于：所述MEMS开关结构（7）为串联式开关，或是为并联式开关，或是为电容式开关，或是为电阻式开关。
4.根据权利要求1所述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其特征在于：所述驱动结构为MEMS开关驱动电极（8），所述MEMS开关驱动电极（8）包括下极板、引线、外接焊盘相互连接构成。
5.根据权利要求1所述的一种应用于射频领域的大功率MEMS开关，其特征在于：所述衬底（9）为玻璃式衬底，或是为陶瓷式衬底，或是为高阻硅式衬底。
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