[发明专利]锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型化毫米波移相器。

背景技术

移相器是相控阵雷达、卫星通信、移动通信设备中的核心组件中最重要的部分，它的工作频带、插入损耗直接影响着这些设备的抗干扰能力和灵敏度，以及系统的重量、体积和成本。在传统的移相器电路中常常采用二极管或铁氧体器件作为移相器电路的主体元器件，但是传统移相器具有功耗高、插入损耗高、可靠性差、成本高等缺点。而且应用传统移相器来设计毫米波段(如Ka波段)相控阵的馈电网络是行不通的，因为阵元的间距在毫米数量级，甚至已小于元器件的物理尺寸。而射频微机电系统(Radio Frequency Micro ElectroMechanical Systems，缩写为RF MEMS)移相器具有传统移相器所无法比拟的体积小、损耗小、成本低、频带宽、易于集成等突出优点，可使得微波电路的结构、性能发生根本性改变。因此应用MEMS技术研究和开发基于MEMS工艺的毫米波移相器可大大减小设备的体积和重量，具有十分重要的意义。

传统的分布式移相器结构，如图1所示，它采用了分布式传输线结构，通过在共面波导传输线上周期的加载MEMS金属桥，在金属桥上施加电压来控制桥的高度来改变金属桥和传输线之间的电容从而改变传输线上的传播常数，实现改变入射波相移的目的。

这种移相器由于仅仅通过改变两种状态下桥的高度来改变相移，而金属桥的高度变化范围有限，只能产生很小的一段位移，因此两种状态下的电容比非常低，因而相移量较小。而且由于金属桥的疲劳效应，在工作一段时间后，金属桥在下拉状态会出现定位不准的现象，从而造成对相位的精度控制不够准确，而且一旦金属桥与信号线接触，会造成短路使得电路失效。

发明内容

为了解决现有的MEMS移相器存在单桥相移量小、相位精度低的问题，本发明提供了一种锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器。它包括共面波导6和n个金属桥4，所述共面波导6由基板1、信号线2、两根地线3组成，信号线2固定在基板1上表面的中间，在信号线2的两侧间隔固定有地线3，所述金属桥周期跨在共面波导6的基板1上，所述金属桥4与所述信号线2垂直，每个金属桥4的两端分别固定在共面波导6上的两根地线3上，其特征在于它还包括n个绝缘的介质基片5，在每个金属桥4正下方的信号线2的两侧有对称的向内凹陷的锯齿61，在与所述锯齿61对应的信号线2上表面固定有介质基片5，所述介质基片5的介电常数为2～20，所述介质基片5的厚度t为0.1μm～5μm，所述n为大于1的自然数。

本发明所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器，工作在34～36GHz的毫米波工作频段，它在不增加成本、不增加反射损耗的前提下提高了单桥相移量和相移控制精度，并且本发明的移相器尺寸小、使用寿命长，适合大批量生产，可以广泛的应用于射频通信系统以及小型相控阵雷达、相控阵天线等系统中。

附图说明

图1是传统的分布式移相器结构示意图，图2是本发明的结构示意图，图3是图2中的共面波导6的结构示意图，图4是图2的A-A剖视图，图5、图6、图7是具体实施方式十所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器的射频仿真结果示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图2至图4说明本实施方式。本实施方式所述的锯齿形共面波导结构的毫米波MEMS移相器包括共面波导6和n个金属桥4，所述共面波导6由基板1、信号线2、两根地线3组成，信号线2固定在基板1上表面的中间，在信号线2的两侧间隔固定有地线3，所述金属桥周期跨在共面波导6的基板1上，所述金属桥4与所述信号线2垂直，每个金属桥4的两端分别固定在共面波导6上的两根地线3上，它还包括n个绝缘的介质基片5，在每个金属桥4正下方的信号线2的两侧有对称的向内凹陷的锯齿61，在与所述锯齿61对应的信号线2上表面固定有介质基片5，所述介质基片5的介电常数为2～20，所述介质基片5的厚度t为0.1μm～5μm，所述n为大于1的自然数。