CN114447544A - 移相器、天线装置 - Google Patents

移相器、天线装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114447544A
CN114447544A CN202011197228.6A CN202011197228A CN114447544A CN 114447544 A CN114447544 A CN 114447544A CN 202011197228 A CN202011197228 A CN 202011197228A CN 114447544 A CN114447544 A CN 114447544A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase shifter
bridge
bias voltage
signal
capacitance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011197228.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114447544B (zh
Inventor
郭景文
李春昕
吴倩红
李延钊
曲峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BOE Technology Group Co Ltd
Original Assignee
BOE Technology Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BOE Technology Group Co Ltd filed Critical BOE Technology Group Co Ltd
Priority to CN202011197228.6A priority Critical patent/CN114447544B/zh
Priority to US17/443,566 priority patent/US11876274B2/en
Publication of CN114447544A publication Critical patent/CN114447544A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114447544B publication Critical patent/CN114447544B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H01P1/181—Phase-shifters using ferroelectric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H01P1/184—Strip line phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本发明提供一种移相器，包括衬底、设置在所述衬底上的信号线、在所述衬底上的成对设置的地线和至少一个电容调节组件，同一对所述地线中的两根分别位于所述信号线的两侧且与所述信号线间隔设置，所述电容调节组件包括膜桥，所述膜桥的两端分别设置在两根所述地线上，所述信号线位于所述膜桥与所述衬底围成的空间中，所述电容调节组件用于在接收到偏置电压信号时将所述膜桥与所述信号线之间的电容调节至目标电容，所述目标电容与所述偏置电压的大小线性相关。在本发明中，电容调节组件能够根据偏置电压的大小将所述膜桥与所述信号线之间的电容调节至目标电容，从而实现对信号线上传输的射频信号的相位进行连续调节，提升了移相器的移相能力。

Description

移相器、天线装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体地，涉及一种移相器和一种天线装置。
背景技术
移相器(Phase shifters)是一种能够对波的相位进行调整的装置。移相器在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至于音乐等领域都有着广泛的应用。传统的移相器主要采用铁氧体材料、PIN二极管(PIN Diode)或场效应晶体管的开关来实现，其中铁氧体移相器有较大的功率容量，且插入损耗比较小、但工艺复杂、制造成本昂贵、体积庞大等因素限制了其大规模应用；半导体移相器体积小，工作速度快，但功率容量比较小，功耗较大，工艺难度高。微机电系统(Micro-electromechanical Systems，MEMS)移相器相比于传统移相器，具有体积小，重量轻，控制时间短，插入损耗较低、可载功率较大等多种优点，具有很大的发展和应用前景。
在现有的MEMS移相器中，金属膜桥的中间部分悬浮在共面波导信号线上方，与信号线之间具有空气间隙，每一金属膜桥与信号线组成一开关，通过提供偏置电压信号的方式可使金属膜桥的中间部分与信号线之间发生静电吸附，从而将金属膜桥下拉并使之与信号线上方的介质隔离层吸合，改变金属膜桥与信号线之间的电容，进而改变信号线上传输的射频信号的相位。
然而，现有的MEMS移相器中每一金属膜桥与信号线组成的开关只能在开态与关态之间切换，其金属膜桥与信号线之间的电容值大小仅能够在两档位之间变化，每一开关对射频信号相位的调节量均为固定值，单个开关的相位调节能力有限，只能通过改变多个串联开关中开关的开启数量对信号线上射频信号的相位进行调节。
因此，如何提供一种相位调节能力更强的移相器结构，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供一种移相器，该移相器能够独立对相位进行连续调节。
为实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提供一种移相器，包括：衬底、设置在所述衬底上的信号线、在所述衬底上的成对设置的地线和至少一个电容调节组件，其中，同一对所述地线中的两根分别位于所述信号线的两侧且与所述信号线间隔设置，所述电容调节组件包括膜桥，所述膜桥的两端分别设置在两根所述地线上，所述信号线位于所述膜桥与所述衬底围成的空间中，所述电容调节组件用于在接收到偏置电压信号时将所述膜桥与所述信号线之间的电容调节至目标电容，所述目标电容与所述偏置电压的大小线性相关。
可选地，所述膜桥包括两个连接壁和与所述衬底相对设置的桥面结构，两个所述连接壁分别与所述桥面结构的两端连接，且两个所述连接壁分别设置在两根所述地线上，所述电容调节组件还包括多个介质柱，多个所述介质柱竖直设置在所述信号线与所述桥面结构相对的表面上，所述介质柱的材质包括铁电材料。
可选地，所述介质柱的横截面形状为圆形、三角形或矩形。
可选地，所述膜桥包括两个连接壁和与所述衬底相对设置的桥面结构，两个所述连接壁分别与所述桥面结构的两端连接，且两个所述连接壁分别设置在两根所述地线上，所述桥面结构包括电极部、两个吸附部和多根第一连接条，所述电极部与所述信号线相对设置，两个所述吸附部连接在所述电极部的两侧，两个所述吸附部分别通过多根所述第一连接条与两个所述连接壁连接，两个所述吸附部分别与两根所述地线位置对应。
可选地，所述桥面结构还包括多根第二连接条，两个所述吸附部分别通过多根所述第二连接条与所述电极部连接。
可选地，两个所述吸附部分别通过两根所述第一连接条与两个所述连接壁连接，并分别通过两根所述第二连接条与所述电极部连接。
可选地，所述移相器还包括设置在所述衬底上的第一开关单元，所述第一开关单元用于在接收到第一控制信号时向所述膜桥提供偏置电压信号。
可选地，所述第一开关单元具有偏置电压输入端、第一输出端和第一控制端，所述偏置电压输入端用于接收偏置电压信号，所述第一输出端与所述膜桥电连接，且所述第一开关单元能够在所述第一控制端接收到所述第一控制信号时将所述第一输出端与所述偏置电压输入端导通。
可选地，所述第一开关单元包括第一开关晶体管，所述第一开关晶体管的第一极形成为所述第一开关单元的偏置电压输入端，所述第一开关晶体管的第二极形成为所述第一开关单元的第一输出端，所述第一开关晶体管的控制极形成为所述第一开关单元的第一控制端，所述第一开关晶体管能够在所述控制极接收到所述第一控制信号时，将所述第一极与所述第二极导通。
可选地，所述移相器还包括设置在所述衬底上的第二开关单元，所述第二开关单元用于在接收到第二控制信号时将所述信号线与所述膜桥电连接。
可选地，所述第一开关单元还用于在接收到第二控制信号时将所述信号线与所述膜桥电连接。
作为本发明的第二个方面，提供一种天线装置，包括多个天线单元和射频信号提供电路，所述天线单元包括一个射频天线和至少一个与所述射频天线连接的移相器，所述射频信号提供电路用于通过所述移相器向所述射频天线提供射频信号，所述移相器为权利要求1至11中任意一项所述的移相器，所述天线单元还包括偏置电压提供电路，所述偏置电压提供电路用于向所述移相器中的电容调节组件提供偏置电压。
可选地，所述天线装置还包括与多个所述天线单元一一对应连接的多个总开关单元，所述天线单元还包括至少一个子开关单元，所述移相器一一对应地通过所述子开关单元与所述总开关单元连接，所述偏置电压提供电路用于通过所述总开关单元向至少一个子开关单元发送控制信号，以使得所述子开关单元选择性地打开，所述移相器能够在对应的所述子开关单元打开时向所述射频天线提供射频信号。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施例提供的移相器的结构示意图；
图2是图1中移相器的A-A向剖视图；
图3(a)至3(f)是图1中移相器的制作过程示意图；
图4是本发明另一实施例提供的移相器的结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的移相器的结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的移相器的结构示意图；
图7是图6中移相器的俯视图；
图8是本发明另一实施例提供的移相器的结构示意图；
图9是传统移相器中膜桥中心点位移量随偏置电压的变化而改变的示意图；
图10是本发明实施例提供的移相器中膜桥中心点位移量随偏置电压的变化而改变的示意图；
图11是本发明实施例提供的天线装置的结构示意图；
图12是图11中B区域的局部放大示意图。
附图标记说明：
100：衬底 200：信号线
300：地线 400：绝缘隔离层
500：膜桥 510：桥面结构
511：电极部 512：第二连接条
513：吸附部 514：第一连接条
520：连接壁 600：介质柱
700：牺牲层 800：偏置电压输出线
900：连接线 10：第一开关单元
20：第二开关单元 30：天线单元
31：射频天线 32：子开关单元
40：总开关单元
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为解决上述技术问题，提供一种相位调节能力更强的移相器结构，作为本发明的一个方面，提供一种移相器，如图1、图2、图4至图8所示，所述移相器包括：衬底100、设置在所述衬底100上的信号线200、在所述衬底100上的成对设置的地线300和至少一个电容调节组件。
其中，同一对所述地线300中的两根分别位于所述信号线200的两侧且与所述信号线200间隔设置，所述电容调节组件包括膜桥500，所述膜桥500的两端分别设置在两根所述地线300上，所述信号线200位于所述膜桥500与所述衬底100围成的空间中。所述电容调节组件用于在接收到偏置电压信号时将所述膜桥500与所述信号线200之间的电容调节至目标电容，所述目标电容与所述偏置电压的大小线性相关。
在本发明实施例提供的所述移相器中，所述电容调节组件能够根据偏置电压的大小将所述膜桥500与所述信号线200之间的电容调节至目标电容，所述目标电容可根据偏置电压的大小在一定范围内自由变化，即，在所述移相器的使用过程中，单个所述膜桥500与所述信号线200之间的电容可连续调节，进而通过单个所述膜桥500实现对对信号线200上传输的射频信号的相位进行连续调节，与传统的MEMS移相器开关单元仅能够在开态与关态之间切换(即，仅能够按固定幅度调节射频信号的相位)的方案相比，极大地提升了移相器的移相能力。
本发明实施例对所述膜桥500的结构不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图1、图2所示，所述膜桥500包括两个连接壁520和与所述衬底100相对设置的桥面结构510，两个所述连接壁520分别与所述桥面结构510的两端连接，且两个所述连接壁520分别设置在两根所述地线300上。
本发明实施例对所述膜桥500的材质不作具体限定，例如，可选地，所述膜桥500的材质可以包括金属材料。
为提高所述移相器的安全性，避免所述膜桥500与所述地线300接触而发生漏电，优选地，如图1至图2所示，所述地线300与所述连接壁520之间设置有绝缘隔离层400。
本发明实施例对所述电容调节组件如何根据偏置电压的大小将所述膜桥500与所述信号线200之间的电容调节至目标电容不作具体限定，例如，作为本发明的第一种优选实施方式，如图1、图2、图4、图5所示，所述电容调节组件还包括多个介质柱600，多个所述介质柱600竖直设置在所述信号线200与所述桥面结构510相对的表面上，所述介质柱600的材质包括铁电材料。
在本发明实施例提供的所述移相器中，所述信号线200上竖立有多个介质柱600(横截面尺寸为纳米级)，在膜桥500的桥面结构510与材质包括铁电材料的介质柱600吸合后，可通过继续增加直流偏压的方式，进一步改变加载在介质柱600上的电场，使得铁电纳米柱的介电常数发生变化，从而进一步改变膜桥500与信号线200间的电容值，在吸合动作发生后还能够对信号线200上传输的射频信号进行连续的相位调制，提升了移相器的移相能力。
本发明实施例对所述介质柱600的形状不作具体限定，可根据选取的铁电材料不同，考虑其铁电极化轴取向设计合适的纳米柱形状，从而进一步优化移相器的移相能力。例如，如图1所示，可选地，所述介质柱600的横截面形状可以为圆形；或者，如图4所示，所述介质柱600的横截面形状可以为三角形；或者，如图5所示，所述介质柱600的横截面形状可以为矩形。所述介质柱600对应设置在桥面结构510与信号线200相对的区域内。
本发明实施例对所述桥面结构510的结构不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图4、图5所示，所述桥面结构510可以包括电极部511和多根第二连接条512，两个所述连接壁520分别通过多根所述第二连接条512与所述电极部511连接。
本发明实施例对所述电极部511的形状不作具体限定，例如，如图1、图4、图5所示，可选地，所述电极部511的形状可以为矩形。
本发明实施例对所述电极部511与所述连接壁520之间连接的所述第二连接条512的数量不作具体限定，例如，作为本发明的一种优选实施方式，如图1、图4、图5所示，每个所述连接壁520通过两根所述第二连接条512与所述电极部511连接，从而在提高桥面稳定性、防止桥面侧翻的同时节约了桥面结构510的材料用量，降低了移相器的制作成本。
本发明的发明人在研究中还发现，传统的MEMS移相器仅能够在开态与关态之间切换，无法单个对相位进行连续调节的原因在于，偏置电压Vs与移相器桥面的下拉量(或桥面与信号线200之间的电容值)之间的线性度较差，具体地：
如图9所示为为传统移相器中膜桥中心点位移量随偏置电压的变化而改变的示意图，由0V、5V、10V、15V、20V、25V、30V、35V共8个偏置电压采样点的采样结果绘出。由图像可知，传统的MEMS移相器采用信号线与膜桥之前的静电作用驱动膜桥下拉，通常在膜桥下拉到三分之一后会出现迅速吸合现象，膜桥下拉位移量(电容值)与偏置电压大小之间的线性度差，移相器相移最大的区域对应于偏置电压变化过程中最后5％的部分，难以实现对下拉位移量的稳定连续控制。
为解决上述技术问题，提供一种相位调节能力更强的移相器结构，作为本发明的第二种优选实施方式，如图6至图8所示，所述桥面结构510包括电极部511、两个吸附部513和多根第一连接条514，所述电极部511与所述信号线200相对设置，两个所述吸附部513连接在所述电极部511的两侧，两个所述吸附部513分别通过多根所述第一连接条514与两个所述连接壁520连接，两个所述吸附部513分别与两根所述地线300位置对应。
如图10所示为本发明实施例提供的移相器中膜桥中心点位移量随偏置电压的变化而改变的示意图，由0V、50V、100V、150V、200V、250V、300V、350V、400V共9个偏置电压采样点的采样结果绘出。由图像可知，本发明实施例提供的移相器采用吸附部513与地线300之间的侧向电场驱动膜桥下拉，改变桥面结构510与信号线200之间的距离，膜桥下拉位移量(电容值)与偏置电压大小之间为良好的线性关系，可以精确控制膜桥下移位移，实现连续相位调控。
在本发明实施例中，所述桥面结构510的电极部511的两侧连接有两个吸附部513，且两个所述吸附部513分别与两根所述地线300位置对应，从而在向膜桥500提供偏置电压信号后，电极部511两侧的两个吸附部513分别与对应的所述地线300相互吸附，采用吸附部513与地线300之间的侧向电场驱动膜桥下拉，改变桥面结构510与信号线200之间的距离。在该下拉过程中，膜桥的形变主要发生在于桥面边缘的吸附部513处，桥面中心点的位移量与偏置电压之间呈良好线性关系，从而可以通过改变偏置电压的大小精确地控制膜桥桥面的下拉位移量，进而通过单个移相器实现连续的相位调控。
为节约桥面结构510的材料用量、降低移相器的制作成本，优选地，如图6至图8所示，所述桥面结构510还包括多根第二连接条512，两个所述吸附部513分别通过多根所述第二连接条512与所述电极部511连接。
本发明实施例对所述电极部511与所述连接壁520之间连接的所述第二连接条512的数量、以及所述吸附部513与所述电极部511之间连接的所述第一连接条514的数量不作具体限定，例如，作为本发明的一种优选实施方式，如图6至图8所示，两个所述吸附部513分别通过两根所述第一连接条514与两个所述连接壁520连接，并分别通过两根所述第二连接条512与所述电极部511连接，从而在提高桥面稳定性、防止桥面侧翻的同时节约了桥面结构510的材料用量，降低了移相器的制作成本。
为进一步提高移相器的相位调节能力，优选地，如图1、图2、图4至图8所示，所述移相器还包括设置在所述衬底100上的第一开关单元10，所述第一开关单元10用于在接收到第一控制信号时向所述膜桥500提供偏置电压信号。
本发明实施例提供的移相器还包括设置在所述衬底100上的第一开关单元10，第一开关单元10能够在第一控制信号的控制下对其所在的移相器的膜桥500进行单独的电位控制，从而在多个本发明实施例提供的移相器作为多个移相单元组成复杂的控制电路(如阵列天线)时，可向各第一开关单元10发送第一控制信号，独立调控不同移相单元的工作状态，对移相度进行精确调控，实现对单元器件的电路级控制。
本发明实施例对所述第一开关单元10的电路结构不作具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图1所示，所述第一开关单元10具有偏置电压输入端(图未示)、第一输出端和第一控制端(图未示)，所述偏置电压输入端用于接收偏置电压信号，所述第一输出端通过偏置电压输出线800与所述膜桥500电连接，且所述第一开关单元10能够在所述第一控制端接收到所述第一控制信号时将所述第一输出端与所述偏置电压输入端导通。
为简化工艺，优选地，如图1所示，所述偏置电压输出线800与所述膜桥500同层设置，即，在同一步构图工艺中形成。
具体地，所述第一开关单元10的电路结构可通过薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，TFT)实现，例如，所述第一开关单元10包括第一开关晶体管，所述第一开关晶体管的第一极形成为所述第一开关单元10的偏置电压输入端，所述第一开关晶体管的第二极形成为所述第一开关单元10的第一输出端(即所述第一开关晶体管的第二极通过偏置电压输出线800与所述膜桥500电连接)，所述第一开关晶体管的控制极形成为所述第一开关单元10的第一控制端，所述第一开关晶体管能够在所述控制极接收到所述第一控制信号时，将所述第一极与所述第二极导通。
本发明的发明人在研究中还发现，现有的移相器在频繁充放电过程中常因为残余电荷引起回滞效应，出现各移相单元在工作过程中初始电容值不一、导致精度下降的问题。
为解决上述技术问题，提高所述移相器的控制精度，作为本发明的一种优选实施方式，如图1、图4至图7所示，所述移相器还包括设置在所述衬底100上的第二开关单元20，所述第二开关单元20用于在接收到第二控制信号时将所述信号线200与所述膜桥500电连接。具体地，如图1、图4至图7所示，所述第二开关单元20的可通过连接线900与所述信号线200电连接，并通过偏置电压输出线800与所述膜桥500电连接。
在本发明实施例提供的所述移相器中，第二开关单元20能够在接收到第二控制信号时将所述信号线200与所述膜桥500电连接，从而在所述信号线200与所述膜桥500之间形成残余电荷释放回路，解决移相单元在频繁充放电过程中残余电荷引起的回滞效应，提高各移相单元在工作过程中电容初始值的一致性，进而提高所述移相器对射频信号相位的控制精度。
为提高所述移相器的工艺兼容性，作为本发明的另一种优选实施方式，如图8所示，所述第一开关单元10还可直接用于在接收到第二控制信号时将所述信号线200与所述膜桥500电连接。
具体地，如图8所示，所述第一开关单元10的电路结构可以为MEMS单刀双掷开关，通过该单刀双掷开关来选择工作回路，切换工作状态，在外部驱动电路与残余电荷释放电路之间进行选择。
作为本发明的第二个方面，还提供一种移相器的制作方法，如图3(a)至3(f)所示，所述制作方法包括：
在步骤S1中，提供衬底100；
在步骤S2中，在所述衬底100上形成信号线200和两根地线300，两根所述地线300分别位于所述信号线200的两侧且与所述信号线200间隔设置，如图3(a)所示；
在步骤S3中，形成电容调节组件，所述电容调节组件包括膜桥500，所述膜桥500的两端分别设置在两根所述地线300上，所述信号线200位于所述膜桥500与所述衬底100围成的空间中。所述电容调节组件能够在接收到偏置电压信号时将所述膜桥500与所述信号线200之间的电容调节至与所述偏置电压的大小线性相关的目标电容，如图3(a)至图3(f)所示。
在本发明实施例提供的移相器制作方法制得的移相器中，所述电容调节组件能够根据偏置电压的大小将所述膜桥500与所述信号线200之间的电容调节至目标电容，所述目标电容可根据偏置电压的大小在一定范围内自由变化，即，在所述移相器的使用过程中，单个所述膜桥500与所述信号线200之间的电容可连续调节，进而通过单个所述膜桥500实现对对信号线200上传输的射频信号的相位进行连续调节，与传统的MEMS移相器开关单元仅能够在开态与关态之间切换的方案相比，极大地提升了移相器的移相能力。
作为本发明的一种优选实施方式，如图3(a)至图3(c)所示，步骤S3可包括：
在步骤S31中，在所述信号线200上形成多个介质柱600，多个所述介质柱600竖直设置在所述信号线200与所述桥面结构510相对的表面上，且所述介质柱600的材质包括铁电材料；
在步骤S32中，形成所述膜桥500。
为提高所述移相器的产品良率，优选地，介质柱600的横截面尺寸为纳米级，且介质柱600采用掩膜生长法形成。
具体地，可利用氧化铝多孔模板(AAO模板)进行掩膜生长，获取纳米柱状铁电层(即多个介质柱600组成的膜层)。在本发明实施例中，铁电介质采用纳米柱结构，一方面减小其与金属材质的膜桥500吸合时的粘连效应，避免出现膜桥500由于残余电荷静电效应出现塌陷，无法继续工作，另一方面，采用纳米柱结构还有利于铁电介质在生长时极化取向趋于一致，利于后续极化甚至是减少后续极化处理，提升产品质量和生产效率。
为提高所述移相器的安全性，避免所述膜桥500与所述地线300接触而发生漏电，优选地，如图3(a)至3(b)所示，所述方法还包括在步骤S31之前进行的：在所述地线300上形成绝缘隔离层400。
本发明实施例对如何形成膜桥500的悬浮桥面不作具体限定，例如，可选地，步骤S3可包括：
在步骤S321中，在所述信号线200和所述介质柱600上形成牺牲层700，并在所述牺牲层700和两根所述地线300上形成至少一个膜桥，所述膜桥的两端分别位于两根所述地线300上，如图3(c)至3(e)所示；
在步骤S322中，去除所述牺牲层700(释放牺牲层)，如图3(e)至3(d)所示。
在本发明的其他实施例中，所述移相器还可通过键合工艺制得，即，在另一基板上单独形成倒立的膜桥500，并使该基板与形成有信号线200和地线300的基板进行对盒，使膜桥500的连接壁连接至地线300上(的绝缘隔离层400上)，再去除先前用于形成膜桥500的基板。
作为本发明的第三个方面，还提供一种天线装置，如图11所示，所述天线装置包括多个天线单元30和射频信号提供电路(图未示)，多个天线单元30沿行、列方向排布，所述天线单元30包括一个射频天线31和至少一个与所述射频天线连接的移相器，所述射频信号提供电路用于通过所述移相器向所述射频天线31提供射频信号，所述移相器为本发明实施例提供的所述移相器，所述天线单元30还包括偏置电压提供电路(图未示)，所述偏置电压提供电路用于向所述移相器中的电容调节组件提供偏置电压。
在本发明实施例提供的天线装置中，所述移相器中的电容调节组件能够根据偏置电压的大小将所述膜桥500与所述信号线200之间的电容调节至目标电容，所述目标电容可根据偏置电压的大小在一定范围内自由变化，即，在所述移相器的使用过程中，单个所述膜桥500与所述信号线200之间的电容可连续调节，进而通过单个所述膜桥500实现对对信号线200上传输的射频信号的相位进行连续调节，极大地提升了移相器的移相能力。
为提高天线装置的稳定性，优选地，如图12所示，所述天线装置还包括与多个所述天线单元30一一对应连接的多个总开关单元40，所述天线单元还包括至少一个子开关单元32，所述移相器一一对应地通过所述子开关单元32与所述总开关单元40连接，所述偏置电压提供电路用于通过所述总开关单元40向至少一个子开关单元32发送控制信号，以使得所述子开关单元32选择性地打开，所述移相器能够在对应的所述子开关单元打开时向所述射频天线提供射频信号。
在本发明实施例中，每一个天线单元30的工作状态均由一个独立的总开关单元40进行控制，并且每一个天线单元30内均同时设置有多个串联有子开关单元32的本发明实施例提供的移相器。考虑到MEMS移相器制备工艺较复杂存在的一致性不足的问题，本发明实施例中优选在天线单元内设置多个移相器，从而可以通过调试选出工作状态相似且性能稳定的移相器并通过总开关单元40控制子开关单元32驱动该移相器进行工作，以降低MEMS移相器之间的一致性不足带来的阵列化良品率问题，减少维修成本，增强系统的稳定性，并提升MEMS移相器阵列化使用方案的可行性。
本发明实施例对总开关单元40和子开关单元32的电路结构不作具体限定，例如，可选地，总开关单元40和子开关单元32均可包括薄膜晶体管(TFT)。
作为本发明的另一种可选实施方式，总开关单元40的结构还可以为MEMS开关，例如单刀双掷开关或单刀多掷开关，以实现通过多个子开关单元32部分开启天线单元30中的多个移相器，契合MEMS移相器制备工艺。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种移相器，包括：衬底、设置在所述衬底上的信号线、在所述衬底上的成对设置的地线和至少一个电容调节组件，其中，同一对所述地线中的两根分别位于所述信号线的两侧且与所述信号线间隔设置，所述电容调节组件包括膜桥，所述膜桥的两端分别设置在两根所述地线上，所述信号线位于所述膜桥与所述衬底围成的空间中，所述电容调节组件用于在接收到偏置电压信号时将所述膜桥与所述信号线之间的电容调节至目标电容，所述目标电容与所述偏置电压的大小线性相关。
2.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述膜桥包括两个连接壁和与所述衬底相对设置的桥面结构，两个所述连接壁分别与所述桥面结构的两端连接，且两个所述连接壁分别设置在两根所述地线上，所述电容调节组件还包括多个介质柱，多个所述介质柱竖直设置在所述信号线与所述桥面结构相对的表面上，所述介质柱的材质包括铁电材料。
3.根据权利要求2所述的移相器，其特征在于，所述介质柱的横截面形状为圆形、三角形或矩形。
4.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述膜桥包括两个连接壁和与所述衬底相对设置的桥面结构，两个所述连接壁分别与所述桥面结构的两端连接，且两个所述连接壁分别设置在两根所述地线上，所述桥面结构包括电极部、两个吸附部和多根第一连接条，所述电极部与所述信号线相对设置，两个所述吸附部连接在所述电极部的两侧，两个所述吸附部分别通过多根所述第一连接条与两个所述连接壁连接，两个所述吸附部分别与两根所述地线位置对应。
5.根据权利要求4所述的移相器，其特征在于，所述桥面结构还包括多根第二连接条，两个所述吸附部分别通过多根所述第二连接条与所述电极部连接。
6.根据权利要求5所述的移相器，其特征在于，两个所述吸附部分别通过两根所述第一连接条与两个所述连接壁连接，并分别通过两根所述第二连接条与所述电极部连接。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的移相器，其特征在于，所述移相器还包括设置在所述衬底上的第一开关单元，所述第一开关单元用于在接收到第一控制信号时向所述膜桥提供偏置电压信号。
8.根据权利要求7所述的移相器，其特征在于，所述第一开关单元具有偏置电压输入端、第一输出端和第一控制端，所述偏置电压输入端用于接收偏置电压信号，所述第一输出端与所述膜桥电连接，且所述第一开关单元能够在所述第一控制端接收到所述第一控制信号时将所述第一输出端与所述偏置电压输入端导通。
9.根据权利要求8所述的移相器，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关晶体管，所述第一开关晶体管的第一极形成为所述第一开关单元的偏置电压输入端，所述第一开关晶体管的第二极形成为所述第一开关单元的第一输出端，所述第一开关晶体管的控制极形成为所述第一开关单元的第一控制端，所述第一开关晶体管能够在所述控制极接收到所述第一控制信号时，将所述第一极与所述第二极导通。
10.根据权利要求7所述的移相器，其特征在于，所述移相器还包括设置在所述衬底上的第二开关单元，所述第二开关单元用于在接收到第二控制信号时将所述信号线与所述膜桥电连接。
11.根据权利要求7所述的移相器，其特征在于，所述第一开关单元还用于在接收到第二控制信号时将所述信号线与所述膜桥电连接。
12.一种天线装置，其特征在于，包括多个天线单元和射频信号提供电路，所述天线单元包括一个射频天线和至少一个与所述射频天线连接的移相器，所述射频信号提供电路用于通过所述移相器向所述射频天线提供射频信号，所述移相器为权利要求1至11中任意一项所述的移相器，所述天线单元还包括偏置电压提供电路，所述偏置电压提供电路用于向所述移相器中的电容调节组件提供偏置电压。
13.根据权利要求12所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置还包括与多个所述天线单元一一对应连接的多个总开关单元，所述天线单元还包括至少一个子开关单元，所述移相器一一对应地通过所述子开关单元与所述总开关单元连接，所述偏置电压提供电路用于通过所述总开关单元向至少一个子开关单元发送控制信号，以使得所述子开关单元选择性地打开，所述移相器能够在对应的所述子开关单元打开时向所述射频天线提供射频信号。
CN202011197228.6A 2020-10-30 2020-10-30 移相器、天线装置 Active CN114447544B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011197228.6A CN114447544B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 移相器、天线装置
US17/443,566 US11876274B2 (en) 2020-10-30 2021-07-27 MEMS phase shifter including a signal line, ground lines and a film bridge formed on a substrate to provide for capacitive adjustment of the phase shifter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011197228.6A CN114447544B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 移相器、天线装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114447544A true CN114447544A (zh) 2022-05-06
CN114447544B CN114447544B (zh) 2023-06-30

Family

ID=81358323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011197228.6A Active CN114447544B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 移相器、天线装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11876274B2 (zh)
CN (1) CN114447544B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023082187A1 (zh) * 2021-11-12 2023-05-19 京东方科技集团股份有限公司 移相器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240243457A1 (en) * 2022-01-04 2024-07-18 Boe Technology Group Co., Ltd. Phase shifter and method for preparing the same
CN115498389B (zh) * 2022-09-19 2023-08-15 北京京东方技术开发有限公司 一种移相器的校准系统及校准方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1601685A (zh) * 2004-09-27 2005-03-30 东南大学 射频微电子机械单刀双掷膜开关及其制造方法
CN101743665A (zh) * 2007-06-13 2010-06-16 爱丁堡大学评议会 可重构天线的改进及与其相关的改进
US20200102213A1 (en) * 2018-09-27 2020-04-02 Sofant Technologies Ltd. Mems devices and circuits including same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5607631A (en) * 1993-04-01 1997-03-04 Hughes Electronics Enhanced tunability for low-dielectric-constant ferroelectric materials
DE10009453A1 (de) * 2000-02-29 2002-04-04 Daimler Chrysler Ag Phasenschieber und Anordnung aus mehreren Phasenschiebern
US20080272857A1 (en) * 2007-05-03 2008-11-06 Honeywell International Inc. Tunable millimeter-wave mems phase-shifter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1601685A (zh) * 2004-09-27 2005-03-30 东南大学 射频微电子机械单刀双掷膜开关及其制造方法
CN101743665A (zh) * 2007-06-13 2010-06-16 爱丁堡大学评议会 可重构天线的改进及与其相关的改进
US20200102213A1 (en) * 2018-09-27 2020-04-02 Sofant Technologies Ltd. Mems devices and circuits including same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023082187A1 (zh) * 2021-11-12 2023-05-19 京东方科技集团股份有限公司 移相器

Also Published As

Publication number Publication date
US20220140460A1 (en) 2022-05-05
US11876274B2 (en) 2024-01-16
CN114447544B (zh) 2023-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114447544B (zh) 移相器、天线装置
JP4885209B2 (ja) 可変フィルタ用のインターデジット型駆動電極を有するコラプシングジッパー型バラクタ
US7209019B2 (en) Switch
EP1573389B1 (en) Backplanes for electro-optic displays
EP1574475B1 (en) Integrated driver electronics for MEMS device using high voltage thin film transistors
US20020179421A1 (en) Mechanically assisted restoring force support for micromachined membranes
CN110687953A (zh) 驱动电路及其驱动方法、微流控基板和微流控装置
CN102190275B (zh) 静电致动器及其驱动方法
US20050230710A1 (en) Nanotube relay device
KR20040092228A (ko) 저전압 마이크로 스위치
CN114447543B (zh) 移相器、天线装置
CN102386021A (zh) 一种微机械电容式双向开关
CN106444188B (zh) 显示基板及其驱动方法和显示装置
CN206931543U (zh) 一种t型双悬臂梁式单刀双掷开关
CN101276708B (zh) 一种静电推拉式单晶硅梁射频微机电系统开关
TW201302597A (zh) 微機電裝置、微機電開關、包含微機電開關之顯示系統、及操作及製造微機電開關之方法
WO2022160157A1 (zh) 移相器及天线
KR100530010B1 (ko) 전자기력과 정전기력을 이용하여 구동하는 토글방식의저전압, 저전력 초고주파 ｓｐｄｔ 마이크로 스위치
EP2862187B1 (en) Mems lifetime enhancement
US20070116406A1 (en) Switch
CN114677977A (zh) 一种基于反相器的微流控像素电路及芯片
WO2022246686A1 (zh) 移相器及天线
CN221225816U (zh) 一种有源矩阵电路
CN102809813A (zh) 显示装置
US8659868B2 (en) Variable capacitor and method for driving the same

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant