CN108508392A - 一种t型四悬臂梁式电子校准件开关 - Google Patents
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Abstract
一种T型四悬臂梁式电子校准件开关，包括：提供支撑基础的衬底，设置在衬底上的微波传输组件，以及封装微波传输组件的封装组件；微波传输组件包括：对称设置的信号线单元、设置在信号线单元周侧的地线单元、导通地线单元的空气桥单元和设置在信号线单元下方的驱动电极。与传统的单刀双掷开关相比具有明显的优势，射频MEMS开关，具有四个悬臂梁组成对称结构，既减小了插入损耗又提升了回波损耗，同时开关的隔离度也十分的优越。于此也增强了开关寿命和微波性能。可实现DC‑40GHz的电子校准，降低了电路复杂度，简化了校准过程，提高了定标效率和校准精度，实现了射频MEMS开关在更高频段矢量网络分析仪校准领域的应用。
Description
技术领域
本发明属于电子元器件技术领域，具体涉及一种T型四悬臂梁式电子校准件开关。
背景技术
与机械校准件相比，电子校准件具有自动校准、体积小、重量轻、校准精度高等优点，可以为矢量网络分析仪提供精密的、单次连接多次校准的校准方法。电子校准件使用的是在精度上完全可溯源及验证的电子阻抗标准件。所需的阻抗标准包括开路、短路和负载等，这些都是通过开关器件来实现的。开关器件构成了电子校准的硬件基础，常用的是场效应管开关。其主要缺点驻波特性差，插入损耗大，同时功耗高，特别是在高频段，由于驻波特性差使得各阻抗的频率响应曲线趋同，导致无法分辨各阻抗标准，需要设计更多阻抗状状态，且需要后续的算法对对独立性较好的几种标准进行优化，限制了定标效率。
RF MEMS开关继承了MEMS执行速度快以及品质因数高的特点，具有极低的串联电阻和极低的执行功耗。中国电子科技集团公司第四十一研究所设计了一种基于MEMS开关的电子校准件(申请号：CN201310250462.4)，通过采用MEMS开关RMSW221取代场效应开关器件AMMC-2008，降低了电路复杂度，提高了定标效率和校准精度，但在DC-20GHz范围内采用的MEMS开关的电子校准件微波特性随着频率的升高而变差。
一种T型四悬臂梁式电子校准件开关。采用单刀双掷MEMS开关，可实现DC-40GHz的电子校准，降低了电路复杂度，简化了校准过程，提高了定标效率和校准精度，实现了射频MEMS开关在更高频段矢量网络分析仪校准领域的应用。
发明内容
本发明的目的就是针对传统单刀单掷开关的不足，设计了一种适用于DC-40GHz的T型四悬臂梁式电子校准件开关。利用自制射频MEMS开关在高频段优异的驻波特性、良好的插损特性和回波损耗特性，降低了电路复杂度，简化了校准过程，提高了定标效率和校准精度，实现了射频MEMS开关在更高频段矢量网络分析仪校准领域的应用。
一种T型四悬臂梁式电子校准件开关，包括：提供支撑基础的衬底，设置在所述衬底上的微波传输组件，以及封装所述微波传输组件的封装组件；
所述微波传输组件包括：对称设置的信号线单元、设置在信号线单元周侧的地线单元、导通所述地线单元的空气桥单元和设置在所述信号线单元下方的驱动电极。
进一步的，所述信号线单元包括：输入信号线、输出信号线、半环形信号线、T型信号线；
所述输入信号线和所述输出信号线分别设置在所述衬底表面的相对两侧，所述输入信号线及所述输出信号靠近衬底内侧的一端分别连接一所述T型信号线，两个所述半环形信号线以所述输入信号线或输出信号线所在直线为中心对称设置，所述半环形信号线呈“U”形，所述半环形信号线两端分别与两个T型信号线同侧的端部对应，且所述半环形信号线两端分别设置一悬臂梁，所述悬臂梁一端固定在所述半环形信号线上，所述悬臂梁另一端悬空延伸至所述T型信号线端部的上方。
进一步的，所述悬臂梁上设置有释放孔阵列。
进一步的，所述T型信号线具有两个方向相反的端口，所述端口分别朝向位于T型信号线两侧的半环形信号线的端点，所述端口上设置有两个平行设置的触点，所述触点位于相邻所述悬臂梁下方。
进一步的，所述地线单元包括：第一地线、第二地线、第三地线；
多个所述第一地线分别平行设置在所述输入信号线及输出信号线两侧；
两个所述第二地线以所述输入信号线或输出信号线所在直线为中心对称设置，且所述第二地线设置在所述半环形信号线外周侧，所述第二地线呈“U”形；
一所述第三地线设置在两个半环形信号线的内周侧，即设置在两个半环形信号线围成的空间内。
进一步的，所述空气桥单元包括：空气桥支点、第一空气桥、第二空气桥；多个所述空气桥支点分别设置在所述第一地线、第二地线和第三地线上，不同地线上的相邻空气桥支点通过所述第一空气桥连接，所述第二空气桥一端与第二地线端部连接，所述第二空气桥另一端与相邻的第一地线端部连接。
进一步的，多个所述驱动电极设置在衬底上并分别位于所述悬臂梁下方。
进一步的，所述驱动电极上端放置一层氮化硅介质层。
进一步的，所述封装组件包括封装帽，所述封装帽通过矩形键合材料设置在所述微波传输组件上。
进一步的，所述电子校准件开关还包括一用于电子校准件的开关系统组件，所述开关系统组件包括多个电子校准件标准模块，所述电子校准件标准模块通过引线连接在所述半环形信号线上。
本发明的有益效果在于，与传统的单刀双掷开关相比具有明显的优势，所述射频MEMS开关，具有四个悬臂梁组成对称结构，既减小了插入损耗又提升了回波损耗，同时开关的隔离度也十分的优越。于此也增强了开关寿命和微波性能。可实现DC-40GHz的电子校准，降低了电路复杂度，简化了校准过程，提高了定标效率和校准精度，实现了射频MEMS开关在更高频段矢量网络分析仪校准领域的应用。
附图说明
图1为本发明实施例所述T型四悬臂梁式电子校准件开关整体结构图；
图2为本发明实施例所述T型四悬臂梁式电子校准件开关整体结构俯视图；
图3为本发明实施例所述开关组件开通状态结构图；
图4为本发明实施例所述开关组件断开状态结构图；
图5为本发明实施例所述T型信号线结构图；
图6为本发明实施例所述悬臂梁的结构图；
图7为本发明实施例所述空气桥支点排布的结构图；
图8为本发明实施例所述封装结构图；
图9本发明的回波损耗仿真图；
图10本发明的插入损耗仿真图；
图11本发明的隔离度仿真图；
图12为本发明实施例所述开关使用在电子校准件中的结构示意图。
附图说明：1-衬底，2-输入信号线，3-输出信号线，4-氮化硅介质层，5-第一地线，6-第二地线，7-第三地线，8-T型信号线，9-半环形信号线，10-端口，11-触点，12-悬臂梁，13-空气桥支点，14-封装帽，15-矩形键合材料，16-驱动电极，17-释放孔，18-第一空气桥，19-第二空气桥，20-电子校准件标准模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，本发明实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。
以下结合附图对本发明做进一步说明：
如图1、2所示为整体结构图、俯视图，所述实施例提供一种T型四悬臂梁式电子校准件开关，包括：提供支撑基础的衬底1，设置在所述衬底1上的微波传输组件，以及封装所述微波传输组件的封装组件，
所述微波传输组件包括：对称设置的信号线单元、设置在信号线单元周侧的地线单元、导通所述地线单元的空气桥单元和设置在所述信号线单元下方的驱动电极16。
所述信号线单元包括：输入信号线2、输出信号线3、半环形信号线9、T型信号线8。
所述衬底1为导电率低的立方体结构，衬底1的材料为玻璃，它的导电率较低，保证了传输射频信号时的低损耗特性。
如图1-6所示，所述输入信号线2和所述输出信号线3分别设置在所述衬底1表面的相对两侧，所述输入信号线2及所述输出信号靠近衬底1内侧的一端分别连接一所述T型信号线8，两个所述半环形信号线9以所述输入信号线2或输出信号线3所在直线为中心对称设置，所述半环形信号线9呈“U”形，所述半环形信号线9两端分别与两个T型信号线8同侧的端部对应，且所述半环形信号线9两端分别设置一悬臂梁12，所述悬臂梁12一端固定在所述半环形信号线9上，所述悬臂梁12另一端悬空延伸至所述T型信号线8端部的上方，所述悬臂梁12上设置有释放孔17阵列，在本实施例中，释放孔17阵列为6×4释放孔17阵列，每个释放孔17为边长为8μm的正方形，释放孔17间距为22μm。
如图1、5所示，所述T型信号线8具有两个方向相反的端口10，所述端口10分别朝向位于T型信号线8两侧的半环形信号线9的端点，所述端口10上设置有两个平行设置的触点11，所述触点11位于相邻所述悬臂梁12下方。
如图1、2、7所示，所述地线单元包括：第一地线5、第二地线6、第三地线7。
多个所述第一地线5分别平行设置在所述输入信号线2及输出信号线3两侧，所述第一地线5与所述输入信号线2或输出信号线3之间具有间隙。
两个所述第二地线6以所述输入信号线2或输出信号线3所在直线为中心对称设置，且所述第二地线6设置在所述半环形信号线9外周侧，所述第二地线6呈“U”形，所述第二地线6与所述半环形信号线9之间具有间隙。
一所述第三地线7设置在两个半环形信号线9的内周侧，即设置在两个半环形信号线9围成的空间内，所述第三地线7与所述半环形信号线9之间具有间隙。
如图1、2、7所示，所述空气桥单元包括：空气桥支点13、第一空气桥18、第二空气桥19；多个所述空气桥支点13分别设置在所述第一地线5、第二地线6和第三地线7上，不同地线上的相邻空气桥支点13通过所述第一空气桥18连接，所述第二空气桥19一端与第二地线6端部连接，所述第二空气桥19另一端与相邻的第一地线5端部连接。所述第一空气桥18的作用是平衡地线。第二空气桥19为通过多个空气桥支点13相接而成，第二空气桥19可构成允许驱动电极16引线通过的空间。
如图3、4所示，多个所述驱动电极16设置在衬底1上并分别位于所述悬臂梁12下方，所述驱动电极16上端放置一层氮化硅介质层4。当驱动电极16上未施加驱动电压，驱动电极16不作用，悬臂梁12与触点1111分离，开关处于断开状态。当驱动电压作用在驱动电极16上时，驱动电极16作用产生静电力使得悬臂梁12发生形变，从而与电极接触点11相接触，则开关处于开通状态。
如图1、2、8所示，所述封装组件包括封装帽14，所述封装帽14通过矩形键合材料15设置在所述微波传输组件上，所述矩形键合材料15整体为一矩形框，其将上述各组件框在其内部，仅使输入信号线2、输出信号线3和第一地线5、第二地线6部分外露，在矩形键合材料15上设置封装帽14，所述封装帽14防止微波信号以辐射的形式泄漏，起到微波屏蔽的作用。
如图9所示为所设计开关的回波损耗。从中可以看出MEMS开关器件DC-40GHz的频率范围内，回波损耗约为20.37dB。
如图10所示为所设计开关的插入损耗。从中可以看出MEMS开关器件DC-40GHz的频率范围内，插入损耗约为0.57dB。
如图11所示为所设计开关的隔离度。从中可以看出MEMS开关器件DC-40GHz的频率范围内，隔离度约为20.41dB。
如图12所示，所述电子校准件开关还包括一用于电子校准件的开关系统组件，所述开关系统组件包括多个电子校准件标准模块20，所述电子校准件标准模块20通过引线连接在所述半环形信号线9上，所述电子校准件标准模块20内写入电子校准件标准，每一所述电子校准件标准模块20内写入的电子校准件标准可以根据实际情况做不同调整。信号从开关输入端进入，经过单刀双掷开关进行选择，上行判断标准并进行校准，校准后，从上行开关的后部通过，再连续通过下一个开关的下行通道进行输出。如不符合第一个开关上行条件，从下路通过到第二个开关进行选择，以此类推。最后输出端对校准结果进行输出。
本发明的有益效果在于，与传统的单刀双掷开关相比具有明显的优势，所述射频MEMS开关，具有四个悬臂梁组成对称结构，既减小了插入损耗又提升了回波损耗，同时开关的隔离度也十分的优越。因此也增强了开关寿命和微波性能。可实现DC-40GHz的电子校准，降低了电路复杂度，简化了校准过程，提高了定标效率和校准精度，实现了射频MEMS开关在更高频段矢量网络分析仪校准领域的应用。
Claims (10)
1.一种T型四悬臂梁式电子校准件开关，其特征在于，包括：提供支撑基础的衬底，设置在所述衬底上的微波传输组件，封装所述微波传输组件的封装组件；
所述微波传输组件包括：对称设置的信号线单元、设置在信号线单元周侧的地线单元、导通所述地线单元的空气桥单元和设置在所述信号线单元下方的驱动电极。
2.根据权利要求1所述的电子校准件开关，其特征在于，所述信号线单元包括：输入信号线、输出信号线、半环形信号线、T型信号线；
所述输入信号线和所述输出信号线分别设置在所述衬底表面的相对两侧，所述输入信号线及所述输出信号靠近衬底内侧的一端分别连接一所述T型信号线，两个所述半环形信号线以所述输入信号线或输出信号线所在直线为中心对称设置，所述半环形信号线呈“U”形，所述半环形信号线两端分别与两个T型信号线同侧的端部对应，且所述半环形信号线两端分别设置一悬臂梁，所述悬臂梁一端固定在所述半环形信号线上，所述悬臂梁另一端悬空延伸至所述T型信号线端部的上方。
3.根据权利要求2所述的电子校准件开关，其特征在于，所述悬臂梁上设置有释放孔阵列。
4.根据权利要求2所述的电子校准件开关，其特征在于，所述T型信号线具有两个方向相反的端口，所述端口分别朝向位于T型信号线两侧的半环形信号线的端点，所述端口上设置有两个平行设置的触点，所述触点位于相邻所述悬臂梁下方。
5.根据权利要求2所述的电子校准件开关，其特征在于，所述地线单元包括：第一地线、第二地线、第三地线；
多个所述第一地线分别平行设置在所述输入信号线及输出信号线两侧；
两个所述第二地线以所述输入信号线或输出信号线所在直线为中心对称设置，且所述第二地线设置在所述半环形信号线外周侧，所述第二地线呈“U”形；
一所述第三地线设置在两个半环形信号线的内周侧，即设置在两个半环形信号线围成的空间内。
6.根据权利要求5所述的电子校准件开关，其特征在于，所述空气桥单元包括：空气桥支点、第一空气桥、第二空气桥；多个所述空气桥支点分别设置在所述第一地线、第二地线和第三地线上，不同地线上的相邻空气桥支点通过所述第一空气桥连接，所述第二空气桥一端与第二地线端部连接，所述第二空气桥另一端与相邻的第一地线端部连接。
7.根据权利要求2所述的电子校准件开关，其特征在于，多个所述驱动电极设置在衬底上并分别位于所述悬臂梁下方。
8.根据权利要求7所述的电子校准件开关，其特征在于，所述驱动电极上端放置一层氮化硅介质层。
9.根据权利要求1所述的电子校准件开关，其特征在于，所述封装组件包括封装帽，所述封装帽通过矩形键合材料设置在所述微波传输组件上。
10.根据权利要求2所述的电子校准件开关，其特征在于，所述电子校准件开关还包括一用于电子校准件的开关系统组件，所述开关系统组件包括多个电子校准件标准模块，所述电子校准件标准模块通过引线连接在所述半环形信号线上。
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