CN115176382B - 移相器及天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种移相器及天线，属于通信技术领域。本发明的一种移相器，其包括：基底；信号电极和分设在信号电极延伸方向两侧的第一参考电极和第二参考电极；层间绝缘层设置在信号电极、第一参考电极和第二参考电极背离基底的一侧；至少一个相控单元，至少一个相控单元中的每个包括膜桥；信号电极位于膜桥与基底所围成的空间中，且膜桥的两端分别与第一参考电极和第二参考电极在基底上的正投影存在交叠；其中，至少部分相控单元还包括位于基底与层间绝缘层之间的至少一个驱动结构，驱动结构至少包括驱动电极；且至少部分驱动结构与信号电极在背离基底方向上的高度不同；各相控单元中的驱动结构与膜桥在基底上的正投影至少部分重叠。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种移相器及天线。
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。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种移相器及天线。
第一方面，本公开实施例提供一种移相器，其包括：
基底；
信号电极和分设在信号电极延伸方向两侧的第一参考电极和第二参考电极；且所述信号电极、所述第一参考电极和所述第二参考电极均设置在所述基底上；
层间绝缘层，设置在所述信号电极、所述第一参考电极和所述第二参考电极背离所述基底的一侧；
至少一个相控单元，所述至少一个相控单元中的每个包括位于所述层间绝缘层背离所述基底一侧膜桥；所述信号电极位于所述膜桥与所述基底所围成的空间中，且所述膜桥的两端分别与所述第一参考电极和所述第二参考电极在所述基底上的正投影存在交叠；其中，
至少部分所述相控单元还包括位于所述基底与所述层间绝缘层之间的至少一个驱动结构，所述驱动结构至少包括驱动电极；且至少部分所述驱动结构与所述信号电极在背离所述基底方向上的高度不同；各所述相控单元中的所述驱动结构与所述膜桥在所述基底上的正投影至少部分重叠。
其中，各所述相控单元均包括多个所述驱动结构，且多个所述驱动结构中的部分在所述基底上的正投影位于所述第一参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间，另一部分在所述基底上的正投影位于所述第二参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间。
其中，对于任一所述相控单元，正投影位于所述第一参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构的数量为多个，且各所述驱动结构在背离所述基底方向上的高度不同；和/或，
正投影位于所述第二参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构的数量为多个，且各所述驱动结构在背离所述基底方向上的高度不同。
其中，对于任一所述相控单元，各所述驱动结构以所述信号电极的中轴线为对称轴呈镜像对称。
其中，对于任一所述相控单元，各所述驱动结构在背离所述基底方向上的高度均大于所述信号电极在背离所述基底方向上的高度，正投影位于所述第一参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第一参考电极指向所述信号电极的方向上，各所述驱动结构的高度呈单调减；正投影位于所述第二参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第二参考电极指向所述信号电极的方向上，各所述驱动结构的高度呈单调减；或者，
各所述驱动结构在背离所述基底方向上的高度均小于所述信号电极在背离所述基底方向上的高度，正投影位于所述第一参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第一参考电极指向所述信号电极的方向上，各所述驱动结构的高度呈单调增；正投影位于所述第二参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第二参考电极指向所述信号电极的方向上，各所述驱动结构的高度呈单调增。
其中，对于任一所述相控单元中的驱动结构仅包括驱动电极，且其中的至少部分所述驱动电极在沿背离所述基底方向上的高度与所述信号电极在沿背离所述基底方向上的高度不同。
其中，各所述驱动结构还包括设置在所述驱动电极和所述层间绝缘层之间的隔离部；对于任一所述相控单元中的驱动结构中的各所述驱动电极在沿背离所述基底方向上的高度与所述信号电极在沿背离所述基底方向上的高度相同，且至少部分所述隔离部在沿背离所述基底方向上的高度与所述层间绝缘层在背离所述基底方向上的厚度不同。
其中，各所述驱动电极上的所述隔离部与所述层间绝缘层为一体结构。
其中，所述膜桥包括第一连接壁、第二连接壁和与所述基底相对设置的桥面结构；所述第一连接壁与所述第一参考电极在所述基底上的正投影至少部分重叠，所述第二连接壁与所述第二参考电极在所述基底上的正投影至少部分重叠；所述桥面结构包括：第一电极部、第二电极部、第一吸附部、第二吸附部以及至少一个第一连接部；一个所述第一电极部在所述基底上的正投影覆盖一个所述信号电极在所述基底上的正投影；一个所述第二电极部在所述基底上的正投影覆盖一个所述驱动电极在所述基底上的正投影；所述第一吸附部与所述第一连接壁电连接，所述第二吸附部与所述第二连接部电连接；所述第一连接部将所述第一电极部、第二电极部、第一吸附部、第二吸附部电连接。
其中，所述第一连接壁和第二连接壁分别位于所述桥面结构的延伸方向的两相对端；且所述第一连接部壁与所述第一吸附电极在所述基底上的正投影至少部分重叠，所述第二连接部壁与所述第二吸附电极在所述基底上的正投影至少部分重叠。
其中，所述第一连接壁包括位于所述第一吸附电极的延伸方向两端的第一子连接壁和第二子连接壁；所述第二连接壁包括位于所述第二吸附电极的延伸方向两端的第三子连接壁和第四子连接壁；
所述第一连接壁、所述第二子连接壁、所述第三连接壁和所述第四子连接壁均包括电连接的第二连接部和第一锚点部；所述第一连接壁和所述第二子连接壁的第二连接部连接所述第一吸附部；所述第三连接壁和所述第四子连接壁的第二连接部连接所述第二吸附部。
其中，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。
其中，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。
其中，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电极与所述膜桥电连接。
其中，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电极与所述膜桥电连接。
其中，至少部分所述相控单元中的膜桥数量不同；各所述相控单元中的所述膜桥均与所述驱动结构在所述基底上的正投影存在交叠。
第二方面，本公开实施例提供一种天线，其包括上述的移相器。
附图说明
图1为一种示例性的移相器结构。
图2为图1的移相器的A-A＇的截面图。
图3为本公开实施例的一种移相器结构。
图4为图3的移相器的B-B＇的截面图。
图5为本公开实施例的移相器的驱动电极和信号电极所施加的直流偏置电压为V1时的示意图。
图6为本公开实施例的移相器的驱动电极和信号电极所施加的直流偏置电压为V2时的示意图。
图7为本公开实施例的移相器的驱动电极和信号电极所施加的直流偏置电压为V3时的示意图。
图8为图3的移相器的B-B＇的另一种截面图。
图9为本公开实施例的一种移相器的俯视图。
图10为本公开实施例的另一种移相器的俯视图。
图11为本公开实施例的另一种移相器的俯视图。
图12为本公开实施例的另一种移相器的俯视图。
图13为本公开实施例的另一种移相器的俯视图。
图14为图13的移相器第一种状态的示意图。
图15为图13的移相器第二种状态的示意图。
图16为图13的移相器第二种状态的示意图。
图17为图13所示的移相器进行HFSS软件仿真的示意图。
图18为图13所示的移相器进行HFSS软件仿真后各端口参数和移相参数示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
图1为一种示例性的移相器结构；图2为图1的移相器的A-A＇的截面图；如图1和2所示，该移相器包括基底01、第一参考电极、第二参考电极、信号电极10、层间绝缘层40、多个相控单元100、控制单元200、直流偏置线02。
具体的，信号电极10设置在基底01上，且沿第一方向X延伸；第一参考电极和第二参考电极设置在信号电极10延伸方向的两侧，第一参考电极、第二参考电极和信号电极10的延伸方向可以相同，也可以与信号电极10的延伸方向相交，为较小移相器的尺寸优选的将第一参考电极、第二参考电极的延伸方向设置为与信号电极10的延伸方向相同。在本公开实施例中也仅与第一参考电极、第二参考电极、信号电极10均沿第一方向X延伸为例进行描述。其中，信号电极10、第一参考电极和第二参考电极三者可以同层设置，且采用相同的材料，第一参考电极和第二参考电极包括但不限于接地电极，在本公开实施例中以第一参考电极和第二参考电极为接地电极为例进行描述，为便于描述，以第一参考电极用第一接地电极21表述，第二参考电极用第二接地电极22表述。层间绝缘层40设置在信号电极10、第一接地电极21、第二接地电极22所在层背离基底01的一侧，且层间绝缘层40至少覆盖信号电极10、第一接地电极21、第二接地电极22。
多个相控单元100设置在层间绝缘层40背离基底01的一侧。每个相控单元100包括至少一个膜桥11；各个膜桥11跨接在第一接地电极21和第二接地电极22之间。具体的，每个膜桥11均为拱形结构，其包括桥面结构，连接在桥面结构两端的第一连接壁和第二连接壁，第一连接壁位于第一参考电极上方的绝缘层上，第二连接壁位于第二参考电极上方的绝缘层，桥面结构沿第二方向Y延伸，其中，第二方向Y与第一方向X相交，例如第一方向X和第二方向Y相互垂直。信号电极10位于桥面结构与基底01之间所形成的空间中。各个膜桥11分别和与之对应的偏执电流线电连接，且每个相控单元100中的膜桥11所连接的偏执电流线，连接在一起并与控制单元200连接。当控制单元200未控制偏执电流线给膜桥11施加偏执电压时，各膜桥11悬置在信号电极10上方，且与信号电极10上方的层间绝缘层40不接触。膜桥11的桥面结构具有一定弹性，控制单元200向膜桥11输入直流偏置电压，能够驱动膜桥11的桥面结构在垂直于信号电极10的方向上活动，即向膜桥11输入直流偏置电压，能够改变膜桥11的桥面结构与信号电极10之间的间距，从而能够改变膜桥11的桥面结构与信号电极10形成的电容的电容量。而不同的相控单元100中包括的膜桥11的数量不同，膜桥11和信号电极10在被施加直流偏置电压后，产生的分布电容的大小不同，因此对应调整的相移量是不同，也即每一个相控单元100则对应调整一个相移量(图1中同一填充图案的膜桥11表示为属于同一相控单元100)，故可以相移量调整时，根据要调整的相移量的大小控制相应的相位调整单元施加电压。
但是，由于每个相控单元100中的膜桥11结构均一样，且每个相控单元100中的直流偏置线02连接在一起，故每个相控单元100中的膜桥11在施加直流偏置电压时所能够产生的位移是相同，因此，对于每个相控单元100所对应的相移量只有一个，也即每个相控单元100仅有单态切换状态，导致移相器的相移位数较低。
针对上述问题，本公开实施例提供如下技术方案：
第一方面，图3为本公开实施例的一种移相器结构；图4为图3的移相器的B-B＇的截面图；如图3和4所示，本公开实施例提供一种移相器，其包括：基底01、沿第一方向X延伸的信号电极10、第一接地电极21、第二接地电极22，层间绝缘层40以及至少一个相控单元100。其中，信号电极10、第一接地电极21和第二接地电极22均设置在基底01上，且第一接地电极21和第二接地电极22设置在信号电极10延伸方向的两相对侧。层间绝缘层40设置在信号电极10、第一接地电极21、第二接地电极22所在层背离基底01的一侧。每个相控单元100包括位于层间绝缘层40背离基底01一侧膜桥11；信号电极10位于膜桥11与基底01所围成的空间中，且膜桥11的两端分别与第一接地电极21和第二接地电极22在基底01上的正投影存在交叠；另外，至少部分相控单元100不仅包括膜桥11结构，而且还包括位于基底01与层间绝缘层40之间的至少一个驱动结构，驱动结构至少包括驱动电极50；且至少部分驱动结构与信号电极10在背离基底01方向上的高度不同；各相控单元100中的驱动结构与膜桥11在基底01上的正投影至少部分重叠。
当然，本公开实施例中的移相器同样包括图1中所示的移相器中的控制单元200和直流偏执线。其中，各个膜桥11分别和与之对应的偏执电流线电连接，且每个相控单元100中的膜桥11所连接的偏执电流线，连接在一起并与控制单元200连接。
由于在本公开实施例中，移相器的至少部分相控单元100中包括驱动结构，且驱动结构与信号电极10在背离基底01方向上的高度不同，且无论是驱动结构还是信号电极10距离膜桥11结构越近，在给驱动电极50和信号电极10施加电压时，对膜桥11的静电吸引力越大。当施加电压逐渐增大时，膜桥11从高到低依次搭接在不同高度的驱动结构和信号电极10上，实现多个稳定的工作状态，从而实现多阶移相。多阶移相单元的实现有利于提高数字型MEMS移相器的移相位数和移相精度。而且本公开实施例的移相器可以实现单个相控单元100的多态工作，这样在组成完整功能的数字型MEMS移相器时所采用的移相膜桥11减少，可动部件的减少有助于提升整个系统的可靠性和稳定性，此外膜桥11减少也会使得共面波导传输线减短，有效降低线损引入的插损，提升器件性能，具有非常重要的意义。
继续参照图4，在一些示例中，移相器的各相控单元100均包括多个驱动结构，且多个驱动结构中的部分在基底01上的正投影位于第一接地电极21与信号电极10在所述基底01上的正投影之间，另一部分在基底01上的正投影位于第二接地电极22与所述信号电极10在所述基底01上的正投影之间。也就是说，在信号电极10延伸方向的两侧均设置有驱动结构，这样一来，当给信号电极10和驱动结构中的驱动电极50施加电压时，可以使得膜桥11在搭在信号电极10和/或驱动结构上时的稳定性。
在一些示例中，对于任一相控单元100，正投影位于第一接地电极21与信号电极10在所述基底01上的正投影之间的驱动结构的数量为多个，且各驱动结构在背离所述基底01方向上的高度不同；和/或，正投影位于第二接地电极22与信号电极10在基底01上的正投影之间的驱动结构的数量为多个，且各驱动结构在背离基底01方向上的高度不同。例如：第一接地电极21、第二接地电极22、信号电极10以及驱动结构均同层设置，且第一接地电极21和信号电极10之间驱动结构的数量为多个，同时第二接地电极22和信号电极10之间的驱动电极50的数量也为多个，此时位于第一接地电极21和信号电极10之间各驱动结构的高度均不相同，位于第二接地电极22和信号电极10之间各驱动结构的高度均不相同，以此对于每个相控单元100可以实现多个工作状态。
进一步的，参照图4，对于任一所述相控单元100，各驱动结构以信号电极10的中轴线为对称轴呈镜像对称。也就是说，第一接地电极21和信号电极10之间的驱动结构的数量和排布方式与第二接地电极22和信号电极10之间的驱动结构的数量和排布方式相同。在该种情况下，当给信号电极10和驱动结构中的驱动电极50施加电压时，可以使得膜桥11在搭在信号电极10和/或驱动结构上时的稳定性。
更进一步的，继续参照图4，对于任一相控单元100，各驱动结构在背离基底01方向上的高度均大于信号电极10在背离所述基底01方向上的高度，正投影位于第一接地电极21与信号电极10在基底01上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第一接地电极21指向信号电极10的方向上，各驱动结构的高度呈单调减；正投影位于第二接地电极22与信号电极10在基底01上的正投影之间的驱动结构数量为多个，且在第二接地电极22指向信号电极10的方向上，各驱动结构的高度呈单调减。例如：在第一接地电极21与信号电极10之间设置有两个驱动结构，在第二接地电极22和信号电极10之间设置两个驱动结构，位于信号电极10两侧的驱动电极50以信号电极10延伸方向的中轴线为对称轴呈镜像对称，且各个驱动结构的高度均大于信号电极10的高度，并在第一接地电极21指向信号电极10的方向上，且与第一接地电极21和信号电极10的各驱动结构的高度呈单调减，在第二接地电极22指向信号电极10的方向上，且与第二接地电极22和信号电极10的各驱动结构的高度呈单调减。在该种情况下，当给各驱动电极50和信号电极10所施加的直流偏置电压为V0时，每个相控单元100的膜桥11悬置在驱动结构和信号电极10上方，如图4所示；当给驱动电极50和信号电极10所施加的直流偏置电压为V1时，每个相控单元100中的膜桥11搭在最远离信号电极10的两个驱动结构上，如图5所示；当给驱动电极50和信号电极10所施加的直流偏置电压为V2时，每个相控单元100中的膜桥11搭在各驱动结构上，如图6所示；当给驱动电极50和信号电极10所施加的直流偏置电压为V3时，每个相控单元100中的膜桥11搭在各驱动结构和信号电极10上，如图7所示。也就是说，当相控单元100中包括两种不同于信号电极10高度的驱动结构，该相控单元100可以四种工作状态，也即一个相控单元100可以实现多种移相度。
另外，现有技术中的移相器如图1所示，最小移相单元即是步长，故要实现360度移相能力，需要很多个移相单元。以5位数字移相器为例，在现有技术中移相器至少需要31个MEMS膜桥11组成5个相控单元100，每个相控单元100仅能够实现一种移相量，5个相控单元100分别实现11.25°、22.5°、45°、90°、180°移相量。如图3所示，采用本公开实施例的多阶移相单元组合而成的5位数字移相器，仅需要16个MEMS膜桥11即可实现相同功能。16个MEMS膜桥11组成5个相控单元100，每个相控单元100能够实现多种移相量，5个相控单元100分别实现11.25°/22.5°、22.5°/45°、45°/90°、90°/180°移相量。大大减少了相控单元100数量，减小了器件面积和成本(以两阶为例，若采用三阶移相单元，则数量会进一步大幅减少)。此外，在MEMS相控单元100中，可动部件的减少意味着整个系统的可靠性和稳定性的大幅提升，而且膜桥11减少也会使得共面波导传输线减短，有效降低线损引入的插损，提升器件性能，所以具有非常重要的意义。目前受制于MEMS相控单元100数量增加导致整个系统可靠性和稳定性的降低，常见的数字型MEMS移相器只能做到6位，而采用多阶移相单元的设计方案，可以大幅降低单元数的同时提升数字移相器的移相精度和位数。
同理，在一些示例中，与图4中结构相类似，当各驱动结构在背离基底01方向上的高度均小于信号电极10在背离基底01方向上的高度，正投影位于第一接地电极21与所述信号电极10在基底01上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第一接地电极21指向所述信号电极10的方向上，各驱动结构的高度呈单调增；正投影位于第二接地电极22与信号电极10在基底01上的正投影之间的驱动结构数量为多个，且在第二接地电极22指向信号电极10的方向上，各驱动结构的高度呈单调增。该种情况，与上述情况的原理相类似，故在此不想详细描述。
为实现各相控单元100中的至少部分驱动结构的高度不同，在本公开实施例中提供两种实现方式，具体如下：
第一种示例，如图4所示，每个相控单元100中均包括多个驱动结构，每个驱动结构仅包括包括基底01和层间绝缘层40之间的驱动电极50，且各驱动电极50的沿背离基底01方向的高度与信号电极10沿背离基底01方向的高度不同。此时设置在信号电极10、驱动电极50、第一接地电极21和第二接地电极22上的层间绝缘层40的厚度均一。
第二种示例，图8为图3的移相器的B-B＇的另一种截面图；如图8所示，每个相控单元100中均包括多个驱动结构，每个驱动结构不仅包括包括基底01和层间绝缘层40之间的驱动电极50，而且还包括位于驱动电极50和层间绝缘层40之间的隔离部51；对于任一相控单元100中的驱动结构中的各驱动电极50在沿背离所述基底01方向上的高度与信号电极10在沿背离基底01方向上的高度相同，且至少部分隔离部51在沿背离基底01方向上的高度与层间绝缘层40在背离所述基底01方向上的厚度不同，以此实现每个相控单元100中至少部分驱动结构的高度不同，且与信号电极10的高度也不同。在一些示例中，隔离部51和层间绝缘层40为一体结构。在该种情况下，可以在形成层间绝育层的同时形成隔离部51。
在一些示例中，当移相器包括多个相控单元100时，其中至少部分相控单元100中的膜桥11数量不同，以此实现多个移相度。通常移相器中的各个膜桥11结构相同，参照图9，为了降低膜桥11的吸附电压，在本公开实施例中对相对技术中的膜桥11进行了改进，本公开实施例中的膜桥11包括第一连接壁、第二连接壁和与基底01相对设置的桥面结构；第一连接壁与第一接地电极21在基底01上的正投影至少部分重叠，第二连接壁与第二接地电极22在基底01上的正投影至少部分重叠；桥面结构包括：眼第一方向X延伸的第一电极部111、第二电极部112、第一吸附部、第二吸附部以及沿第二方向Y延伸的至少一个第一连接部115；其中，第一电极部111、第二电极部112、第一吸附部、第二吸附部沿第二方向Y并排且间隔设置；一个第一电极部111在所述基底01上的正投影覆盖一个信号电极10在基底01上的正投影；一个第二电极部112在基底01上的正投影覆盖一个驱动电极50在所述基底01上的正投影；第一吸附部与第一连接壁电连接，第二吸附部与第二连接部116a电连接；第一连接部115将第一电极部111、第二电极部112、第一吸附部、第二吸附部电连接。当第一连接部115的数量为多个时，多个第一连接部115沿第一方向X并排且间隔设置。如图3所述，通过第一连接部115将第一电极部111、第二电极部112、第一吸附部、第二吸附部连接所形成的的桥面结构为一镂空图案，在移相器工作时，以此可以有效的降低给膜桥11施加直流偏置电压，从而降低功耗。
在一个示例中，参照图10，与图9所示的移相器的区别仅在于，第一接地电极21上形成有第一开槽，在第二接地电极22上形成有第二开槽，通过设置第一开槽和第二开槽，可以缩小移相器的尺寸。对于该种移相器的其他结构与图9所示的移相器结构相同，故在此不再重复赘述。
在一个示例中，膜桥11的第一连接壁和第二连接壁分别位于桥面结构的延伸方向的两相对端，也即位于桥面结构在第二方向Y上的两相对端；第一连接壁和第二连接壁均可以采用板状结构，且沿第三方向Z延伸，例如沿垂直于基底01的方向延伸。对于第一连接壁和第二连接壁均包括沿第三方向Z相对设置的顶面和底面，其中，第一连接壁的顶面与第一吸附电极113在基底01上的正投影至少部分重叠，第一连接臂的底面则设置在第一接地电极21上方的层绝缘层上；第二连接壁的顶面与第二吸附电极114在基底01上的正投影至少部分重叠，第一连接臂的底面则设置在第二接地电极22上方的层绝缘层上。
在另一个示例中，图11为本公开实施例的另一种移相器的俯视图；如图11所示，该膜桥11与图9所示的膜桥11的区别仅在于膜桥11的第一连接壁和第二连接壁的结构不同。如图11所示，该膜桥11中的第一连接壁包括位于第一吸附电极113的延伸方向两端的第一子连接壁1161和第二子连接壁1162；第二连接壁包括位于所述第二吸附电极114的延伸方向两端的第三子连接壁1163和第四子连接壁1164；第一连接壁、第二子连接壁1162、第三子连接壁1163和第四子连接壁1164均包括电连接的第二连接部116a和第一锚点部116b；第一子连接壁1161和第二子连接壁1162的第二连接部116a连接所述第一吸附部；第三子连接壁1163和第四子连接壁1164的第二连接部116a连接第二吸附部。对于该膜桥11的其他结构均与图9所示的膜桥11结构一致，故在此不再重复描述。
在一些示例中，图12为本公开实施例的另一种移相器的结构图；如图12所示，为进一步提高移相器的相位调节能力，所述移相器还包括设置在所述基底01上的第一开关单元300，所述第一开关单元300用于在接收到第一控制信号时向所述膜桥11提供偏置电压信号。由于本公开实施例提供的移相器还包括设置在所述基底01上的第一开关单元300，第一开关单元300能够在第一控制信号的控制下对其所在的移相器的膜桥11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300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。
本公开实施例对所述第一开关单元300的电路结构不作具体限定，例如，作为本公开实施例的一种示例，第一开关单元300具有偏置电压输入端、第一输出端和第一控制端，偏置电压输入端用于接收直流偏置电压信号，第一输出端通过直流偏置线02与所述膜桥11电连接，且所述第一开关单元300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，直流偏置线02与所述膜桥11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300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300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300的直流偏置电压输入端，所述第一开关晶体管的第二极形成为所述第一开关单元300的第一输出端(即第一开关晶体管的第二极通过直流偏置线02与膜桥11电连接)，第一开关晶体管的控制极形成为第一开关单元300的第一控制端，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，将第一极与所述第二极导通。
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12所示，所述移相器还包括设置在基底01上的第二开关单元400，所述第二开关单元400用于在接收到第二控制信号时将所述信号线与所述膜桥11电连接。具体地，如图12所示，所述第二开关单元400的可通过连接线与信号线电连接，并通过直流偏置线02与膜桥11电连接。
在本公开实施例提供的移相器中，第二开关单能够在接收到第二控制信号时将所述信号线与膜桥11电连接，从而在信号线与膜桥11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12所示，所述第一开关单元300还可直接用于在接收到第二控制信号时将信号线与所述膜桥11电连接。
具体地，第一开关单元300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。
为了更清楚本公开实施例的移相器的效果，结合HFSS软件仿真进行说明。图13为本公开实施例的另一种移相器的俯视图；参照图13，第一接地电极21与第二接地电极22尺寸相同，其长、宽、高分别用Lg、Wg、hc表示；第一接地电极21第二接地电极22与信号电极10之间的间距均用g表示；膜桥11与第一接地电极21在基底01上正投影的长度与膜桥11与第二接地电极22在基底01上正投影的长度相等均用Le表示，膜桥11的宽度用We表示；信号电极10的长度和高度均与第一接地电极21相同，信号电极10的宽度用W表示；驱动电极50的长度、宽度、高度分别用Bx、By、Bz表示。图14为图13的移相器第一种状态的示意图，也即UpState状态的示意图，如图14所示，层间绝缘层40的厚度和膜桥11的厚度分别用td和t1表示；基底01的厚度用hs表示，为此时膜桥11与层间绝缘层40之间的间距为h。图15为图13的移相器第二种状态的示意图，也即将膜桥11下拉1.3μm时，Down State1状态的示意图；图16为图13的移相器第二种状态的示意图，也即将膜桥11下拉1.4μm时，Down State1状态的示意图；图17为图13所示的移相器进行HFSS软件仿真的示意图；图18为图13所示的移相器进行HFSS软件仿真后各端口参数和移相参数示意图；结合图13-18所示，可以看出的是，施加电压越大，膜桥11下拉的距离越大，从而可以搭在不同高度的驱动结构和信号电极10上，从而实现一个相控单元100可以实现多种移相度。
第二方面，本公开实施例提供一种天线，其包括上述任一移相器。
由于本公开实施例中的天线包括上述移相器，该移相器的至少部分相控单元100中包括驱动结构，且驱动结构与信号电极10在背离基底01方向上的高度不同，且无论是驱动结构还是信号电极10距离膜桥11结构越近，在给驱动电极50和信号电极10施加电压时，对膜桥11的静电吸引力越大。当施加电压逐渐增大时，膜桥11从高到低依次搭接在不同高度的驱动结构和信号电极10上，实现多个稳定的工作状态，从而实现多阶移相。多阶移相单元的实现有利于提高数字型MEMS移相器的移相位数和移相精度。而且本公开实施例的移相器可以实现单个相控单元100的多态工作，这样在组成完整功能的数字型MEMS移相器时所采用的移相膜桥11减少，可动部件的减少有助于提升整个系统的可靠性和稳定性，此外膜桥11减少也会使得共面波导传输线减短，有效降低线损引入的插损，提升器件性能，具有非常重要的意义。
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 (17)
1.一种移相器，其包括：
基底；
信号电极和分设在信号电极延伸方向两侧的第一参考电极和第二参考电极；且所述信号电极、所述第一参考电极和所述第二参考电极均设置在所述基底上；
层间绝缘层，设置在所述信号电极、所述第一参考电极和所述第二参考电极背离所述基底的一侧；
至少一个相控单元，所述至少一个相控单元中的每个包括位于所述层间绝缘层背离所述基底一侧膜桥；所述信号电极位于所述膜桥与所述基底所围成的空间中，且所述膜桥的两端分别与所述第一参考电极和所述第二参考电极在所述基底上的正投影存在交叠；其中，
至少部分所述相控单元还包括位于所述基底与所述层间绝缘层之间的至少一个驱动结构，所述驱动结构至少包括驱动电极；且至少部分所述驱动结构与所述信号电极在背离所述基底方向上的高度不同；各所述相控单元中的所述驱动结构与所述膜桥在所述基底上的正投影至少部分重叠。
2.根据权利要求1所述的移相器，其中，各所述相控单元均包括多个所述驱动结构，且多个所述驱动结构中的部分在所述基底上的正投影位于所述第一参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间，另一部分在所述基底上的正投影位于所述第二参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间。
3.根据权利要求2所述的移相器，其中，对于任一所述相控单元，正投影位于所述第一参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构的数量为多个，且各所述驱动结构在背离所述基底方向上的高度不同；和/或，
正投影位于所述第二参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构的数量为多个，且各所述驱动结构在背离所述基底方向上的高度不同。
4.根据权利要求2或3所述的移相器，其中，对于任一所述相控单元，各所述驱动结构以所述信号电极的中轴线为对称轴呈镜像对称。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的移相器，其中，对于任一所述相控单元，各所述驱动结构在背离所述基底方向上的高度均大于所述信号电极在背离所述基底方向上的高度，正投影位于所述第一参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第一参考电极指向所述信号电极的方向上，各所述驱动结构的高度呈单调减；正投影位于所述第二参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第二参考电极指向所述信号电极的方向上，各所述驱动结构的高度呈单调减；或者，
各所述驱动结构在背离所述基底方向上的高度均小于所述信号电极在背离所述基底方向上的高度，正投影位于所述第一参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第一参考电极指向所述信号电极的方向上，各所述驱动结构的高度呈单调增；正投影位于所述第二参考电极与所述信号电极在所述基底上的正投影之间的所述驱动结构数量为多个，且在第二参考电极指向所述信号电极的方向上，各所述驱动结构的高度呈单调增。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的移相器，其中，对于任一所述相控单元中的驱动结构仅包括驱动电极，且其中的至少部分所述驱动电极在沿背离所述基底方向上的高度与所述信号电极在沿背离所述基底方向上的高度不同。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的移相器，其中，各所述驱动结构还包括设置在所述驱动电极和所述层间绝缘层之间的隔离部；对于任一所述相控单元中的驱动结构中的各所述驱动电极在沿背离所述基底方向上的高度与所述信号电极在沿背离所述基底方向上的高度相同，且至少部分所述隔离部在沿背离所述基底方向上的高度与所述层间绝缘层在背离所述基底方向上的厚度不同。
8.根据权利要求7所述的移相器，其中，各所述驱动电极上的所述隔离部与所述层间绝缘层为一体结构。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的移相器，其中，所述膜桥包括第一连接壁、第二连接壁和与所述基底相对设置的桥面结构；所述第一连接壁与所述第一参考电极在所述基底上的正投影至少部分重叠，所述第二连接壁与所述第二参考电极在所述基底上的正投影至少部分重叠；所述桥面结构包括：第一电极部、第二电极部、第一吸附部、第二吸附部以及至少一个第一连接部；一个所述第一电极部在所述基底上的正投影覆盖一个所述信号电极在所述基底上的正投影；一个所述第二电极部在所述基底上的正投影覆盖一个所述驱动电极在所述基底上的正投影；所述第一吸附部与所述第一连接壁电连接，所述第二吸附部与所述第二连接部电连接；所述第一连接部将所述第一电极部、第二电极部、第一吸附部、第二吸附部电连接。
10.根据权利要求9所述的移相器，其中，所述第一连接壁和第二连接壁分别位于所述桥面结构的延伸方向的两相对端；且所述第一连接部壁与所述第一吸附电极在所述基底上的正投影至少部分重叠，所述第二连接部壁与所述第二吸附电极在所述基底上的正投影至少部分重叠。
11.根据权利要求9所述的移相器，其中，所述第一连接壁包括位于所述第一吸附电极的延伸方向两端的第一子连接壁和第二子连接壁；所述第二连接壁包括位于所述第二吸附电极的延伸方向两端的第三子连接壁和第四子连接壁；
所述第一子连接壁、所述第二子连接壁、所述第三子连接壁和所述第四子连接壁均包括电连接的第二连接部和第一锚点部；所述第一子连接壁和所述第二子连接壁的第二连接部连接所述第一吸附部；所述第三子连接壁和所述第四子连接壁的第二连接部连接所述第二吸附部。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的移相器，其中，所述移相器还包括设置在所述基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。
13.根据权利要求12所述的移相器，其中，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。
14.根据权利要求12所述的移相器，其中，所述移相器还包括设置在所述基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电极与所述膜桥电连接。
15.根据权利要求12所述的移相器，其中，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电极与所述膜桥电连接。
16.根据权利要求1-11中任一项所述的移相器，其中，至少部分所述相控单元中的膜桥数量不同；各所述相控单元中的所述膜桥均与所述驱动结构在所述基底上的正投影存在交叠。
17.一种天线，其包括权利要求1-16中任一项所述的移相器。
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