CN214507020U

CN214507020U - 电感与可调滤波器

Info

Publication number: CN214507020U
Application number: CN202120635802.5U
Authority: CN
Inventors: 邱文才; 赵纶; 田学红; 林满院
Original assignee: Guangdong Dapu Telecom Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong daguangxin Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2031-03-29

Abstract

本实用新型公开了一种电感与可调滤波器。其包括MEMS多触点开关和共面波导传输结构；共面波导传输结构包括中心信号线以及设置于中心信号线两侧的多个支臂；沿中心信号线延伸的方向，至少两条直线上设置至少一对支臂；在MEMS多触点开关闭合时，中心信号线和一对中的支臂通过MEMS多触点开关连接。本实用新型将MEMS多触点开关与共面波导传输结构集成，通过闭合MEMS多触点开关连通中心信号线和一对中的支臂，改变共面波导传输结构的线路连接，可以减少支臂间总的连通开关数目，使电感的整体尺寸得以减小，构成满足毫米波滤波器需求的小尺寸平面结构电感。

Description

电感与可调滤波器

技术领域

本实用新型实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种电感与可调滤波器。

背景技术

高性能微型滤波器可以在多频段的无线通信系统和无线收发器中起到信道选择、双功及镜像消除寄生滤波等重要作用。但是由于多频带接收机中采用的单频滤波器不能同时满足多个频段选择的需求,进而多频带接收机里通常增设多个单频滤波器分选不同频段,由此加大了多频带接收机的无线通信系统滤波器电路设计尺寸。

近年来随着微波、毫米波波段的多频无线通信系统的发展，基于MEMS技术的可调谐滤波器逐渐引起了人们的广泛关注。现有滤波器采用可变电抗元件构成，可变电抗元件采用MEMS变阻器作为调谐元件，可调谐范围为10％-15％。然而，对于调谐范围较宽的离散频率，通常采用电容式MEMS开关来获得更高的可调谐范围。除此之外，另一种实现宽范围离散频率调谐的滤波器是采用准分形结构和MEMS触点开关，由于其电感元件采用分布式线路设计，进而其阻带抑制功能受到影响。

滤波器的设计原理是通过调整L和C的值来实现滤波器频率响应的上移或下移，因此，理想的可调谐滤波器设计不仅需要可变电容，还需要可变电感。然而，由于可变电容过渡的非平面性，使其不能与其他电路集成，无法满足毫米波滤波器对小尺寸平面结构的需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种电感与可调滤波器，用以解决现有技术中电感和电容组成滤波器电路尺寸大的缺陷，使其可以满足毫米波滤波器对小尺寸平面结构电感的需求。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电感，包括MEMS多触点开关和共面波导传输结构；

共面波导传输结构包括中心信号线以及设置于中心信号线两侧的多个支臂；沿中心信号线延伸的方向，至少两条直线上设置至少一对支臂；在MEMS多触点开关闭合时，中心信号线和一对中的支臂通过MEMS多触点开关连接。

进一步地，MEMS多触点开关包括接触片、第一驱动板和第二驱动板；

接触片、第一驱动板和第二驱动板均设置有阵列排布的孔；沿第一方向，接触片包括第一端和第二端，第一驱动板和第二驱动板分别设置于接触片的两侧，并分别与第一端和第二端连接；第一驱动板和第二驱动板能够沿第一方向向接触片运动；

其中，第一方向为接触片上阵列排布的孔的行方向。

进一步地，MEMS多触点开关还包括第一支撑梁和第二支撑梁；

沿第二方向，接触片包括第三端和第四端，第一支撑梁和第二支撑梁分别设置于接触片的两侧；第一支撑梁的第一端和第二支撑梁的第一端分别与第一驱动板连接，第一支撑梁的第二端和第二支撑梁的第二端分别与第二驱动板连接；其中，第二方向为接触片上阵列排布的孔的列方向。

进一步地，中心信号线的一侧设置有第一支臂和第二支臂，中心信号线的另一侧设置有第三支臂和第四支臂；

沿中心信号线的延伸方向，第一支臂和第二支臂位于一条直线上，第三支臂和第四支臂位于一条直线上；第一支臂远离第二支臂的一端与中心信号线连接，第二支臂远离第一支臂的一端与中心信号线连接，第三支臂远离第四支臂的一端与中心信号线连接，第四支臂远离第三支臂的一端与中心信号线连接。

进一步地，电感还包括衬底；

共面波导传输结构设置于衬底上，MEMS多触点开关设置于共面波导传输结构远离衬底的一侧；沿衬底的厚度方向，接触片的正投影与共面波导传输结构的中心信号线及支臂部分交叠。

进一步地，一对中的支臂间的间距小于接触片沿第一方向上的长度。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种可调滤波器，包括实现如第一方面中任一项的电感和MEMS电容开关；

电感和MEMS电容开关连接。

进一步地，可调滤波器还包括电容器；

电容器的第一端与MEMS电容开关连接，电容器的第二端接地。

进一步地，可调滤波器包括输入端、输出端、两个电感和三个MEMS电容开关；

两个电感串联在输入端和输出端之间，三个MEMS电容开关分别与输入端、输出端和两个电感的连接点连接。

进一步地，MEMS开关电容包括可调膜桥电容。

本实用新型通过将MEMS多触点开关与共面波导传输结构集成，在MEMS多触点开关闭合时，MEMS多触点开关会向下弯曲接触中心信号线和一对中的支臂，使中心信号线和一对中的支臂连通，从而改变了共面波导传输结构的线路连接，使共面波导传输结构的电感值改变，实现电感值的独立变化。由此在MEMS多触点开关闭合时，采用MEMS多触点开关代替共面波导传输结构支臂间的开关，减少了支臂间总的连通开关数目，有效地降低了插入损耗,使得电感的整体尺寸得以减小，构成满足毫米波滤波器需求的小尺寸平面结构电感。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种电感的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种MEMS多触点开关的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种电感的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种可调滤波器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种可调滤波器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种可调滤波器的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种可调滤波器等效电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种电感的结构示意图，图1为本实用新型实施例提供的一种电感的结构示意图。如图1所示，该电感包括MEMS多触点开关110和共面波导传输结构120；共面波导传输结构120包括中心信号线121以及设置于中心信号线121两侧的多个支臂122；沿中心信号线121延伸的方向X1，至少两条直线上设置至少一对支臂122；在MEMS多触点开关110闭合时，中心信号线121和一对中的支臂122通过MEMS多触点开关110连接。

其中，MEMS多触点开关110具有易于使用、尺寸小、损耗低的特点，可以稳定地传输0至数百GHz的信号。共面波导传输结构120具有体积小，重量轻，便于与其他电路集成的特点。具体地，共面波导传输结构120由中心信号线121以及设置于中心信号线121两侧的多个支臂122组成，并且在沿中心信号线121延伸的方向X1，至少两条直线上设置至少一对支臂122。示例性的，中心信号线121的一侧设置有第一支臂123和第二支臂124，中心信号线121的另一侧设置有第三支臂125和第四支臂126；沿中心信号线121的延伸方向X1，第一支臂123和第二支臂124位于一条直线上，第三支臂125和第四支臂126位于一条直线上；第一支臂123远离第二支臂124的一端与中心信号线121连接，第二支臂124远离第一支臂123的一端与中心信号线121连接，第三支臂125远离第四支臂126的一端与中心信号线121连接，第四支臂126远离第三支臂125的一端与中心信号线121连接。此外，共面波导传输结构120还包括地线127。本实用新型通过将MEMS多触点开关110与共面波导传输结构120集成，在MEMS多触点开关110闭合时，MEMS多触点开关110会向下弯曲接触中心信号线121和一对中的支臂122，使中心信号线121和一对中的支臂122连通，从而改变了共面波导传输结构120的线路连接，使共面波导传输结构120的电感值改变，实现电感值的独立变化。由此在MEMS多触点开关110闭合时，采用MEMS多触点开关110代替共面波导传输结构120支臂间的开关，减少了支臂122间总的连通开关数目，有效地降低了插入损耗,使得电感的整体尺寸得以减小，构成满足毫米波滤波器需求的小尺寸平面结构电感。

图2为本实用新型实施例提供的一种MEMS多触点开关的结构示意图，如图2所示，可选的，MEMS多触点开关包括接触片111、第一驱动板112和第二驱动板113；接触片111、第一驱动板112和第二驱动板113均设置有阵列排布的孔；沿第一方向X2，接触片111包括第一端和第二端，第一驱动板112和第二驱动板113分别设置于接触片111的两侧，并分别与第一端和第二端连接；第一驱动板112和第二驱动板113能够沿第一方向X2向接触片111运动；其中，第一方向X2为接触片111上阵列排布的孔的行方向。

其中，MEMS多触点开关包括接触片111、第一驱动板112和第二驱动板113，具体地，首先设定第一方向X2为接触片111上阵列排布的孔的行方向，在第一方向X2上接触片111的两端分别为第一端和第二端，并且在该方向上设置第一驱动板112位于接触片111的第一端侧，第二驱动板113位于接触片111的第二端侧，并且第一驱动板112与接触片111的第一端连接，第二驱动板113与接触片111的第二端连接。第一驱动板112和第二驱动板113能够沿第一方向X2向接触片111运动，当第一驱动板112和第二驱动板113同时沿第一方向X2向接触片111靠近时，接触片111会受到第一端连接的第一驱动板112和第二端连接的第二驱动板113的同时给与的挤压力，进而接触片111、第一驱动板112和第二驱动板113在此刻均会发生不同程度的机械形变。由于接触片111、第一驱动板112和第二驱动板113上均设置有阵列排布的孔，可以增加接触片111、第一驱动板112和第二驱动板113的柔韧度，防止接触片111、第一驱动板112和第二驱动板113在挤压运动的过程中由于机械形变受损。此外，当MEMS多触点开关闭合时，第一驱动板112和第二驱动板113同时沿第一方向X2向接触片111靠近，接触片111在第一端连接的第一驱动板112和第二端连接的第二驱动板113的同时挤压下，会向靠近共面波导传输结构方向弯曲，使接触片111接触中心信号线和一对中的支臂，进而中心信号线和一对中的支臂通过接触片111实现连接。由于接触片111上具有阵列排布的孔，可以形成多个开关，进而可以增加接触片111连接中心信号线和一对中的支臂连接通路数目，也就是接触片111替代了多个支臂间的开关，可以有效地降低器件的插入损耗,使电感的整体尺寸得以减小。

示例性地，继续参考图2，MEMS多触点开关还包括第一支撑梁114和第二支撑梁115；沿第二方向Y，接触片111包括第三端和第四端，第一支撑梁114和第二支撑115梁分别设置于接触片111的两侧；第一支撑梁114的第一端和第二支撑梁115的第一端分别与第一驱动板112连接，第一支撑梁114的第二端和第二支撑梁115的第二端分别与第二驱动板113连接；其中，第二方向Y为接触片111上阵列排布的孔的列方向。

其中，MEMS多触点开关还包括第一支撑梁114和第二支撑梁115。具体地，设定第二方向Y为接触片111上阵列排布的孔的列方向，在第二方向Y上接触片111的两端分别为第三端和第四端，并且在该方向上设置第一支撑梁114位于接触片111的第三端侧，第二支撑梁115位于接触片111的第四端侧，并且第一支撑梁114的第一端和第二支撑梁115的第一端分别与第一驱动板112连接，第一支撑梁114的第二端和第二支撑梁115的第二端分别与第二驱动板113连接，进而第一支撑梁114和第二支撑梁115可以更好地给第一驱动板112和第二驱动板113提供支撑作用，防止第一驱动板112和第二驱动板113同时沿第一方向X2向接触片111运动距离过大，导致接触片111、第一驱动板112和第二驱动板113在运动挤压运动的过程中形变过大而断裂。

图3为本实用新型实施例提供的另一种电感的结构示意图，如图3所示，电感还包括衬底130；共面波导传输结构120设置于衬底130上，MEMS多触点开关110设置于共面波导传输结构120远离衬底130的一侧；沿衬底130的厚度方向，接触片111的正投影140与共面波导传输结构120的中心信号线及支臂部分交叠。

其中，衬底130可以为520微米厚的石英，共面波导传输结构120可以为3微米厚的金属层，共面波导传输结构120设置于衬底130上，MEMS多触点开关110设置于共面波导传输结构120远离衬底130的一侧。沿衬底130的厚度方向，MEMS多触点开关110的接触片111的正投影140与共面波导传输结构120的中心信号线及支臂部分交叠，由此可知接触片111面积大于多对支臂间隙面积，若第一驱动板112和第二驱动板113同时沿第一方向向接触片111靠近，使接触片111受到挤压向靠近衬底130一侧发生凸形形变，进而接触片111突出部分可以与中心信号线及一对支臂接触，重构共面波导传输结构120的连接关系，进而改变电感的电感值。

具体地，继续参考图3一对中的支臂间的间距小于接触片111沿第一方向X2上的长度。

示例性地，共面波导传输结构120一对中的支臂间的间距小于接触片111沿第一方向X2上的长度，一对中的支臂间的间距为20微米，接触片111沿第一方向上的长度为100微米。当第一驱动板112和第二驱动板113同时沿第一方向向接触片111靠近时，接触片111会受到第一端连接的第一驱动板112和第二端连接的第二驱动板113的同时给与的挤压力，进而接触片111会向靠近衬底130的方向凸起，使接触片111连通一对支臂。由此可知，一对中的支臂间的间距要小于接触片111沿第一方向上的长度，便于接触片发生凸起形变后能够连通一对支臂导通。

另外，下表为图3共面波导传输结构的详细尺寸。

参数	W1	W2	G	S	L1	L2	L3
								尺寸um	20	30	20	40	20	220	20

图4为本实用新型实施例提供的一种可调滤波器的结构示意图，如图4所示，该可调滤波器包括实现上述实施例中任一项的电感100和MEMS电容开关200；电感100和MEMS电容开关200连接。

其中，电感100包括本实用新型任意实施例提供的电感100，因此具有本实用新型实施例提供的电感100的有益效果，此处不再赘述。此外，电感100和MEMS电容开关200连接，本实用新型通过操作电感100和MEMS电容开关200，可以独立改变电感100的电感值和MEMS电容开关200的电容值，进而使可调滤波器的通带特性保持了理想的切比雪夫原型响应特性。

图5为本实用新型实施例提供的另一种可调滤波器的结构示意图，如图5所示，可调滤波器还包括电容器300；电容器300的第一端与MEMS电容开关200连接，电容器300的第二端接地。

其中，电容器300具有储电、放电以及隔直通交的特性。通过利用电容器300的储电特性，将其的第一端与MEMS电容开关200连接，可以向MEMS电容开关200提供偏置电压。此外，通过利用电容器300隔直通交的特性，将电容器300的第一端与MEMS电容开关200连接，电容器300的第二端接地，可以替代偏置去耦电路将滤波电路中产生的噪声导入负极端或接地端，进而实现去除滤波电路中产生的噪声。

图6为本实用新型实施例提供的另一种可调滤波器的结构示意图，如图6所示，可调滤波器包括输入端A、输出端B、两个电感100和三个MEMS电容开关200；两个电感100串联在输入端A和输出端B之间，三个MEMS电容开关200分别与输入端A、输出端B和两个电感100的连接点连接。

示例性的，图7为本实用新型实施例提供的一种可调滤波器等效电路的结构示意图，如图7所示，两个电感L串联在输入端A和输出端B之间，MEMS电容开关C₁与输入端A连接、MEMS电容开关C₂与两个电感L的连接点连接,MEMS电容开关C₁与输入端B连接。其中，当两个电感L处于“向下”状态(即闭合状态)，MEMS电容开关C₁和MEMS电容开关C₂处于“向上”状态(即打开状态)时，可调滤波器处于“宽频带”状态，此刻宽带为57GHz。当两个电感L处于“向上”状态(即打开状态)，MEMS电容开关C₁和MEMS电容开关C₂处于“向下”状态(即闭合状态)时，可调滤波器处于“窄频带”状态，此刻宽带为19GHz。

需要注意的是：电感在处于“向下”状态(即闭合状态)时：第一驱动板和第二驱动板同时沿第一方向向接触片靠近，接触片在第一端连接的第一驱动板和第二端连接的第二驱动板同时挤压下，会向靠近共面波导传输结构方向弯曲，使接触片接触中心信号线和一对中的支臂，进而中心信号线和一对中的支臂通过接触片实现连接。

下表为可调滤波器每种状态下的电感L、MEMS电容开关C₁和MEMS电容开关C₂的估计值，调滤波器每种状态的滤波频宽。由表可知，设计中与测试中电感L、MEMS电容开关C₁和MEMS电容开关C₂的估计值有偏差，这是由于微机电系统的桥梁轻微向下偏转造成的，使提取的电感值在“宽频带”状态下具有2.3欧姆的寄生串联电阻，在“窄频带”状态下具有3欧姆的寄生串联电阻。

可调滤波器还可以包括射频扼流圈，射频扼流圈第一端与可调滤波器的输入端A连接，射频扼流圈第二端接地。其中，射频扼流圈用于消除所述输入端提供的输入信号中的耦合分量。

可选的，MEMS开关电容包括可调膜桥电容。

可调膜桥电容的绝缘层与金属膜之间会形成空隙,当加上电压后,由于金属电桥和中心导线存在异种电荷,从而产生静电引力,使金属膜桥向下移动,与绝缘层贴紧。绝缘层既可防止直流短路,又可以作为介质层,与上下金属板组成MIM结构的电容。当外加电压撤去后,金属膜桥恢复原状。可调膜桥电容通过金属膜桥的上下移动,可使可调膜桥电容的电容值发生变化，从而实现可调滤波器电容值的独立改变。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种电感，其特征在于，包括MEMS多触点开关和共面波导传输结构；

所述共面波导传输结构包括中心信号线以及设置于所述中心信号线两侧的多个支臂；沿所述中心信号线延伸的方向，至少两条直线上设置至少一对所述支臂；在所述MEMS多触点开关闭合时，所述中心信号线和一对中的所述支臂通过所述MEMS多触点开关连接。

2.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，所述MEMS多触点开关包括接触片、第一驱动板和第二驱动板；

所述接触片、第一驱动板和第二驱动板均设置有阵列排布的孔；沿第一方向，所述接触片包括第一端和第二端，所述第一驱动板和所述第二驱动板分别设置于所述接触片的两侧，并分别与所述第一端和所述第二端连接；所述第一驱动板和所述第二驱动板能够沿所述第一方向向所述接触片运动；

其中，所述第一方向为所述接触片上阵列排布的孔的行方向。

3.根据权利要求2所述的电感，其特征在于，所述MEMS多触点开关还包括第一支撑梁和第二支撑梁；

沿第二方向，所述接触片包括第三端和第四端，所述第一支撑梁和所述第二支撑梁分别设置于所述接触片的两侧；所述第一支撑梁的第一端和所述第二支撑梁的第一端分别与所述第一驱动板连接，所述第一支撑梁的第二端和所述第二支撑梁的第二端分别与所述第二驱动板连接；其中，所述第二方向为所述接触片上阵列排布的孔的列方向。

4.根据权利要求1所述的电感，其特征在于，所述中心信号线的一侧设置有第一支臂和第二支臂，所述中心信号线的另一侧设置有第三支臂和第四支臂；

沿所述中心信号线的延伸方向，所述第一支臂和所述第二支臂位于一条直线上，所述第三支臂和所述第四支臂位于一条直线上；所述第一支臂远离所述第二支臂的一端与所述中心信号线连接，所述第二支臂远离所述第一支臂的一端与所述中心信号线连接，所述第三支臂远离所述第四支臂的一端与所述中心信号线连接，所述第四支臂远离所述第三支臂的一端与所述中心信号线连接。

5.根据权利要求2所述的电感，其特征在于，还包括衬底；

所述共面波导传输结构设置于所述衬底上，所述MEMS多触点开关设置于所述共面波导传输结构远离所述衬底的一侧；沿衬底的厚度方向，所述接触片的正投影与所述共面波导传输结构的所述中心信号线及所述支臂部分交叠。

6.根据权利要求2所述的电感，其特征在于，所述一对中的所述支臂间的间距小于所述接触片沿第一方向上的长度。

7.一种可调滤波器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的电感和MEMS电容开关；

所述电感和所述MEMS电容开关连接。

8.根据权利要求7所述的可调滤波器，其特征在于，还包括电容器；

所述电容器的第一端与所述MEMS电容开关连接，所述电容器的第二端接地。

9.根据权利要求7-8任一项所述的可调滤波器，其特征在于，包括输入端、输出端、两个所述电感和三个所述MEMS电容开关；

两个所述电感串联在所述输入端和所述输出端之间，三个所述MEMS电容开关分别与所述输入端、所述输出端和两个所述电感的连接点连接。

10.根据权利要求7所述的可调滤波器，其特征在于，所述MEMS开关电容包括可调膜桥电容。