[发明专利]一种基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器

说明书

技术领域

本发明属于射频微电子机械系统(RF MEMS)领域，具体涉及一种小型化的开关线型移相器，尤其是一种基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器。

背景技术

移相器是相位控制阵列中最重要的子系统，能够对波的相位进行调整，在卫星通讯、雷达、导弹控制等领域有广泛的应用。MEMS移相器一般可以分为分布式移相器、反射型移相器及开关线型移相器。分布式移相器又称为DMTL(Distributed Microelectro-mechanical System Transmission Line)，它基于周期性加载离散可变电容的传输线，通过增加传输线上的分布电容使其相速度减小，产生相移，其设计相对容易，但需并联多个开关或电容，使芯片面积较大。反射型移相器利用耦合器及传输信号和反射信号的相位进行移相，设计比较复杂，并且在高频时耦合器还会增加额外的损耗。开关线型移相器利用MEMS开关控制微波信号从两条电长度不同的传输线通过，得到不同的相位状态，其原理简单，但传统的开关线型移相器也会占用较大的面积。

图1所示为一个传统的三位开关线型移相器，由微带线结构实现。在一个移相单元中，RF MEMS开关控制微波信号选择通过两条电长度不同的传输线中的其中一条。较短的一条传输线作为参考相位传输线，则微波信号通过较长一条传输线与通过较短传输线所得到的相移的差，即为该单元的相移值。如果需要得到较大的相移值，则需相应增加较长传输线的长度。该三位开关线型移相器可以实现2³个相移状态，但由于不同移相位长度参差不齐，相移值大的单元长度较长，造成芯片面积浪费，并且用微带线实现则需要在衬底上打孔，工艺较为复杂。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，具有尺寸小、插入损耗低、隔离度高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于MEMS电容电感移相单元的开关线型移相器，每个移相单元由两个对称的分单元连接组成，

每个分单元包括一个T型结2，T型结2的水平端连接信号的输入输出端11，T型结2的上端连接第一MEMS开关101的触点端，T型结2的下端连接第二MEMS开关102的触点端，第一MEMS开关101的锚点端接MEMS电容电感移相传输线4，MEMS电容电感移相传输线4的另一端连接第一传输线直角转角501，第二MEMS开关102的锚点端连接参考移相位共面波导传输线3，参考移相位共面波导传输线3的另一端连接第二传输线直角转角502；

两个分单元之间通过第一传输线直角转角501和第二传输线直角转角502连接；

第一MEMS开关电极801通过第一隔离电阻901与第一引线701连接两个分单元的第一MEMS开关101的下电极；

第二MEMS开关电极802通过第二隔离电阻902与第二引线702连接两个分单元的第二MEMS开关102的下电极。

参考移相位共面波导传输线3与MEMS电容电感移相传输线4构成信号传输的两条路径，MEMS开关电极8通过隔离电阻9及引线7控制MEMS开关的通断，使微波信号通过T型结2及MEMS开关选择通过其中一条传输路径。

所述移相单元设置在介质衬底6上，介质衬底6为硼浮玻璃衬底，可以有效地减小衬底损耗。

所述隔离电阻9用非晶硅材料制成。

所述T型结2上布置有呈方形的四个空气桥10，用于抑制共面波导地线不对称而产生的高阶模式；T型结2采用台阶补偿法即用较细的传输线代替原始传输线，来补偿空气桥10带来的额外电容；T型结2的水平端设置一段高阻传输线，补偿T型结2没有信号通过端的开路短截线所产生的电容。

所述第一传输线直角转角501和第二传输线直角转角502上分别设置有两个空气桥10，用于抑制共面波导地线不对称而产生的高阶效应。

所述第一传输线直角转角501和第二传输线直角转角502采用台阶补偿法，即用一段细的传输线来代替三角形的转角，补偿空气桥10带来的额外电容。

所述MEMS电容电感移相传输线4基于共面波导结构，MEMS电感位于中心信号线处，桥电容置于电感之上，两端固定在两侧地线上。

所述参考移相位共面波导传输线3为一段普通的共面波导线，由两侧地线及中心信号线构成。

所述多个移相单元级联就构成了多位移相器。

与现有技术相比，本发明的优点是：