[发明专利]基于射频微机电开关的螺旋五位分布式微机电移相器

说明书

本发明公开了一种基于射频微机电开关的螺旋五位分布式微机电移相器，主要解决工作频率低、面积大、可靠性低和信号易失真的现有问题。其包括：基板(45)、基板绝缘层(47)、共面波导左右地线(41，44)、共面波导信号线(42)、射频微机电开关组(43)和直流偏置点列(46)。共面波导左地线、共面波导信号线和共面波导右地线，按照圆形螺旋状布线方式分布在基板上；射频微机电开关组由5个单元共31个电容式射频微机电开关组成，每单元中开关并联连接，且同时加载偏置电压，以实现五位不同的相位变化。本发明工作频率可达40GHz以上，具有面积小、可靠性高、高频信号不易失真的优点，可用于雷达天线的接收/发射组件中。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，特别涉及一种螺旋五位分布式微机电移相器，可用于工作频率范围为40GHz及其以上的雷达天线的接收/发射组件。

技术背景

传统的移相器一般基于铁氧体材料、PIN二极管、场效应晶体管FET开关等来实现。其中，铁氧体材料移相器体积小、重量轻，但存在制作工艺复杂、生产成本高的缺陷，且受高工作频率限制；PIN二极管和FET开关的移相器，前者体积小、质量轻，后者直流功率极低，但半导体开关的损耗大和功率处理能力低。传统移相器由于体积、成本、损耗和精度等综合性能的限制，已经不能满足相控阵雷达系统低成本、低损耗、高频率的需求。因此对基于射频微机电开关的微机电移相器的研究越来越受到学者的广泛关注。

2012年电子科技大学的鲍景富等人在CN102820499A中公开了“一种五位X波段移相器”，如图1所示，共面波导信号线12按照直角回旋形布线，微机电开关14两端跨接于共面波导地线11与共面波导地线13上，并位于共面波导信号线12之上，微机电开关14两端串联金属-空气-金属电容15，通过直流偏置点16对其进行控制。

虽然这种结构在X波段达到了五位相移，但是又存在如下问题：

1)采用金属-空气-金属电容与微机电开关串联，加工复杂，可靠性降低。

2)直角回旋结构的阻抗匹配较差，高频微波信号易失真。

3)难以满足工程实际中对工作频率达到40GHz及其以上的要求。

2014年印度理工学院的Dey S,Koul S K在Journal of Micromechanics&Microengin-eering上发表的“Design,Development and Characterization of an X-band 5bit DMTL Phase Shifter Using an Inline微机电Bridge and MAM Capacitors”一文中，提出一种5位分布式微机电移相器，如图2所示移相单元23跨接于地线22和地线24上，且位于信号线21上。如图3所示，每个移相单元中，2个金属-空气-金属电容33与微机电开关32串联，通过直流偏置点35对其进行控制。

虽然这种结构在X波段达到了五位相移，但是又存在如下问题：

1)采用62个微机电开关，占用面积大，可靠性降低。

2)长宽比过大，器件易脆，可靠性降低。

3)难以满足工程实际中对工作频率达到40GHz及其以上的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于射频微机电开关的螺旋五位分布式微机电移相器，以减小面积、提高可靠性和保证高频信号完整性，满足40GHz工作频率的要求。