[发明专利]微机械固支梁式十六状态可重构微波带通滤波器

说明书

技术领域

本发明提出了微机械固支梁式十六状态可重构微波带通滤波器，属于微电子机械系统（MEMS）的技术领域。

背景技术

滤波器是微波工程中最重要的器件之一。理想的滤波器是一个二端口网络：在通带范围内它能使微波信号完全传输，而在阻带范围内它使微波信号完全不能传输。目前，由于在雷达和通信等领域中多频率工作越来越普遍，并且对频率的选择和抑制要求也相应提高，所以需要大量的高性能滤波器。按照基本电路理论，滤波器一般为四类：低通、高通、带通和带阻滤波器。带通滤波器的应用最为广泛，具有重要的研究意义。目前，设计GHz频率的片上LC无源带通滤波器主要采用传输线理论和片上电感两种方法。基于传输线理论的方法是指在微波频段通过利用传输线的寄生电感和电容设计出无源带通滤波器。该方法对于制作工作在几个GHz频率的滤波器，需要占用相当大的芯片面积，不适合高集成度的应用领域。基于片上电感的方法是指通过利用几个片上电感和电容设计出无源带通滤波器。该方法由于片上电感的品质因数不高而限制了无源滤波器的性能，但其集成度较高。随着MEMS技术的快速发展，MEMS技术是提高片上微波电感的品质因数以及实现可重构滤波器的重要方法。本发明即为基于片上电感的方法和MEMS技术实现的十六状态可重构微波带通滤波器。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种微机械固支梁式十六状态可重构微波带通滤波器，该可重构微波带通滤波器因采用一个具有较小电感量的平面螺旋电感和几个具有较小电容值的MIM电容，所以占据了较小的芯片面积，提高了集成度。

技术方案：本发明通过两个并联连接到共面波导（CPW）信号线和地线之间的金属-绝缘层-金属（MIM）电容以及两个串联连接到CPW信号线的MIM电容依次对称放置在一个平面螺旋电感的左右两侧，从而构成了一个π型拓扑结构的微波带通滤波器；通过将四个由引线连接的MIM电容对称放置在平面螺旋电感的左右两侧且位于两个并联连接到CPW信号线和地线之间的MIM电容之间，同时在平面螺旋电感的左右两侧的任意一侧的两个由引线连接的MIM电容沿CPW信号线的前后两侧对称放置；这四个由引线连接的MIM电容分别具有不同的电容值；每个由引线连接的MIM电容是由一条引线串联连接的，其中每条引线的一端与CPW信号线相连接，而另一端靠近CPW地线且在其末端上制作一个凸点；在每条引线末端的凸点上方横跨了一个MEMS固支梁，该MEMS固支梁的两个锚区位于相同一侧的CPW地线上，在每个MEMS固支梁下方引线的两侧放置驱动电极；通过在一个或几个MEMS固支梁和相应的驱动电极之间施加驱动电压，使得一个或几个MEMS固支梁与在其下方的凸点相接触，从而实现该可重构微波带通滤波器具有十六状态的中心频率和带宽的改变。

在结构上，该微机械固支梁式十六状态可重构微波带通滤波器在砷化镓衬底上设有水平放置的CPW、一个平面螺旋电感、两个并联连接到CPW信号线和地线之间的第一MIM电容和第二MIM电容、两个串联连接到CPW信号线的第三MIM电容和第四MIM电容、四个由引线连接的第五MIM电容、第六MIM电容、第七MIM电容和第八MIM电容、引线、凸点、MEMS固支梁、驱动电极、连接线、压焊块以及空气桥；CPW的中间为CPW信号线，CPW信号线的两侧为CPW地线，两个并联连接到CPW信号线和地线之间的第一MIM电容和第二MIM电容以及两个串联连接到CPW信号线的第三MIM电容和第四MIM电容依次对称放置在平面螺旋电感的左右两侧，构成π型的微波带通滤波器；四个由引线连接的第五MIM电容、第六MIM电容、第七MIM电容和第八MIM电容对称放置在平面螺旋电感的左右两侧且位于两个并联连接到CPW信号线和地线之间的第一MIM电容和第二MIM电容之间，同时在平面螺旋电感的左右两侧的任意一侧的两个由引线连接的第五MIM电容和第七MIM电容，或第六MIM电容和第八MIM电容沿CPW信号线的前后两侧对称放置；每个由引线连接的MIM电容是由一条引线串联连接的，其中每条引线的一端与CPW信号线相连接，而另一端靠近CPW地线且在其末端上制作一个凸点；在每条引线末端的凸点上方横跨了一个MEMS固支梁，在每个MEMS固支梁下方引线的两侧分别放置一个驱动电极；在每个MEMS固支梁下方的两个驱动电极相互连接并通过一条连接线与CPW地线外侧的压焊块相连接；从而通过利用一个π型的微波带通滤波器以及四个MEMS固支梁分别控制四个由引线连接的第五MIM电容、第六MIM电容、第七MIM电容和第八MIM电容是否与CPW地线相连接，实现了该可重构微波带通滤波器的十六状态的中心频率和带宽的改变。