微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器及制备方法技术

本发明专利技术是一种微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器，不但具有传统可重构带通滤波器的低损耗和好的带外抑制等特点，而且因采用一个电感量较小的平面螺旋电感具有较小的芯片面积，宽的频带调谐以及与砷化镓单片微波集成电路兼容。两个并联连接到CPW信号线和地线之间的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，构成该微波带通滤波器的基本结构；其滤波器的可重构是由两个MEMS悬臂梁和四个由引线连接的MIM电容构成的。通过控制MEMS悬臂梁使得由引线连接的MIM电容并联连接到CPW信号线和地线之间，从而改变了在平面螺旋电感左右两侧的并联的MIM电容的大小，实现了四状态的中心频率和带宽的改变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出了微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器及制备方法，属于微电子机械系统（MEMS）的

技术介绍
可重构滤波器的发展在军用和民用微波通信系统中都具有很大的应用价值，它极大地减小了多频带应用中的系统尺寸，并可根据需要动态地选择和抑制信号的频率。在滤波器的设计中，无源的电感和电容是实现片上滤波器最简单的方法。而对于可重构网络的设计，MEMS开关和变容器是比较理想的选择。并且，MEMS技术可显著地提高片上无源电感的品质因数和自谐振频率。然而，目前已报道的可重构LC微波滤波器能够实现多个中心频率的改变，但它们一般需要几个电感并且电感的电感量较大，这不仅增大了尺寸而且增大了寄生损耗。随着当今小型化和微型化微波通信系统的发展，要求采用一个平面螺旋电感和几个金属-绝缘层-金属（MIM）平行板电容构成可重构微波带通滤波器，并且能够实现四个状态的中心频率和带宽的改变。随着MEMS技术的快速发展，并对MEMS悬臂梁的深入研究，使基于MEMS技术实现上述功能的悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器成为可能。
技术实现思路
技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于MEMS技术的悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器及制备方法，因采用一个平面螺旋电感且电感量较小，具有较小的芯片面积。技术方案：本专利技术通过在平面螺旋电感的左右两侧分别对称放置两个MIM电容，在平面螺旋电感的左右两侧的任意一侧的两个MIM电容沿共面波导（CPW）信号线的前后两侧对称放置且具有不同的电容大小，在CPW信号线的前后两侧的任意一侧的两个MIM电容具有相同的电容大小并分别通过两条引线串联连接过渡到CPW地线附近且彼此靠近，在每条引线的末端制作一个凸点，并且在CPW信号线的前后两侧的任意一侧的两条彼此靠近的引线末端的凸点上方有一个MEMS悬臂梁，每个MEMS悬臂梁的一端处于自由状态而另一端通过锚区固定在CPW地线上，在每个MEMS悬臂梁下方两条彼此靠近的引线的附近放置驱动电极；通过在MEMS悬臂梁和驱动电极之间施加驱动电压，使得MEMS悬臂梁的自由端与在其下方的凸点接触，从而实现该可重构微波带通滤波器具有四状态的中心频率和带宽的改变。本专利技术是一种微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器，滤波器制作在砷化镓衬底（GaAs）上，在其上设有CPW、平面螺旋电感、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、串联连接到CPW信号线的第三MIM电容和第四MIM电容、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、Si3N4绝缘介质层、引线、凸点、第一MEMS悬臂梁和第二MEMS悬臂梁、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；该结构采用一个平面螺旋电感；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，从而构成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；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，而在CPW信号线的前后两侧的任意一侧的两个由引线连接的第五MIM电容和第六MIM电容，或第七MIM电容和第八MIM电容分别通过两条引线串联连接过渡到CPW地线附近且彼此靠近；在每条引线的末端制作一个凸点；在CPW信号线的前后两侧的任意一侧的两条彼此靠近的引线末端的凸点上方有一个第一MEMS悬臂梁或第二MEMS悬臂梁；在第一MEMS悬臂梁和第二MEMS悬臂梁下方两条彼此靠近的引线的附近都放置一个驱动电极，该驱动电极通过一条连接线与CPW地线外侧的压焊块相连接；空气桥用于互连被连接线分开的CPW地线；从而通过利用一个π型的微波带通滤波器以及第一MEMS悬臂梁和第二MEMS悬臂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电容实现了该可重构微波带通滤波器的四状态的中心频率和带宽的改变。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电容具有不同的电容大小；而在CPW信号线的前后两侧的任意一侧的两个由引线连接的第五MIM电容和第六MIM电容，或第七MIM电容和第八MIM电容具有相同的电容大小。第一MEMS悬臂梁和第二MEMS悬臂梁的个数为两个；第一MEMS悬臂梁和第二MEMS悬臂梁的一端处于自由状态而另一端通过锚区固定在CPW地线上，其中在引线末端的凸点的正上方为MEMS悬臂梁的自由端。在平面螺旋电感的线圈下方的下层通道上覆盖Si3N4绝缘介质层；所有MIM电容的上下极板之间均通过Si3N4绝缘介质层隔开；在空气桥下方的连接线上覆盖Si3N4绝缘介质层。本专利技术的微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器采用砷化镓为衬底，在GaAs衬底上设有端口特征阻抗为50Ω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MIM电容、两个串联连接到CPW信号线的MIM电容、四个由引线连接的MIM电容、引线、凸点、两个MEMS悬臂梁、驱动电极、连接线、压焊块以及空气桥：CPW是由在同一平面的三条线构成的，其中位于中间的一条线为CPW的信号线而位于两侧的两条线均为CPW的地线；CPW水平放置在衬底上，用于实现微波信号的传输以及平面螺旋电感和MIM电容的电连接。为了便于仪器的测量，该CPW的端口特征阻抗被设计为50Ω。平面螺旋电感位于该可重构微波带通滤波器的中间部位，其主要包括线圈和下层通道两部分。其中，平面螺旋电感的线圈悬浮于GaAs衬底之上，而下层通道位于GaAs衬底上；电感线圈的外部接头与CPW信号线相连接而其内部接头与下层通道相连接；下层通道的另一端与CPW信号线相连接。在平面螺旋电感的线圈下方的下层通道上覆盖Si3N4绝缘介质层。两个并联连接到CPW信号线和地线之间的MIM电容对称位于在平面螺旋电感的左右两侧。其中，该每个MIM电容的下极板与CPW地线相连接，而其上极板与CPW信号线相连接，在上下极板之间为Si3N4绝缘介质层。两个串联连接到CPW信号线的MIM电容同样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器，其特征在于该滤波器制作在砷化镓衬底（20）上，在其上设有CPW（1）、平面螺旋电感（2）、并联连接到CPW信号线和地线之间的第一MIM电容（3）和第二MIM电容（4）、串联连接到CPW信号线的第三MIM电容（5）和第四MIM电容（6）、由引线（12）连接的第五MIM电容（7）、第六MIM电容（8）、第七MIM电容（9）和第八MIM电容（10）、Si3N4绝缘介质层（11）、引线（12）、凸点（13）、第一MEMS悬臂梁（14）和第二MEMS悬臂梁（15）、驱动电极（16）、连接线（17）、压焊块（18）以及空气桥（19）；CPW（1）的中间为CPW信号线，CPW信号线的两侧为CPW地线；该结构采用一个平面螺旋电感（2）；两个并联连接到CPW信号线和地线之间的第一MIM电容（3）和第二MIM电容（4）以及两个串联连接到CPW信号线的第三MIM电容（5）和第四MIM电容（6），依次对称放置在平面螺旋电感（2）的左右两侧，从而构成π型的微波带通滤波器；四个由引线连接的第五MIM电容（7）、第六MIM电容（8）、第七MIM电容（9）和第八MIM电容（10）对称放置在平面螺旋电感（2）的左右两侧；在平面螺旋电感（2）的左右两侧的任意一侧的两个由引线连接的第五MIM电容（7）和第七MIM电容（9），或第六MIM电容（8）和第八MIM电容（10）沿CPW信号线的前后两侧对称放置，而在CPW信号线的前后两侧的任意一侧的两个由引线连接的第五MIM电容（7）和第六MIM电容（8），或第七MIM电容（9）和第八MIM电容（10）分别通过两条引线（12）串联连接过渡到CPW地线附近且彼此靠近；在每条引线（12）的末端制作一个凸点（13）；在CPW信号线的前后两侧的任意一侧的两条彼此靠近的引线（12）末端的凸点（13）上方有一个第一MEMS悬臂梁（14）或第二MEMS悬臂梁（15）；在第一MEMS悬臂梁（14）和第二MEMS悬臂梁（15）下方两条彼此靠近的引线（12）的附近均放置一个驱动电极（16），该驱动电极（16）通过一条连接线（17）与CPW地线外侧的压焊块（18）相连接；空气桥（19）用于互连被连接线（17）分开的CPW地线；从而通过利用一个π型的微波带通滤波器以及第一MEMS悬臂梁（14）和第二MEMS悬臂梁（15）分别控制四个由引线连接的第五MIM电容（7）、第六MIM电容（8）、第七MIM电容（9）和第八MIM电容（10）实现了该可重构微波带通滤波器的四状态的中心频率和带宽的改变。...

【技术特征摘要】
1.一种微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器，其特征在于该滤波
器制作在砷化镓衬底（20）上，在其上设有CPW（1）、平面螺旋电感（2）、并联
连接到CPW信号线和地线之间的第一MIM电容（3）和第二MIM电容（4）、串联
连接到CPW信号线的第三MIM电容（5）和第四MIM电容（6）、由引线（12）连
接的第五MIM电容（7）、第六MIM电容（8）、第七MIM电容（9）和第八MIM电
容（10）、Si3N4绝缘介质层（11）、引线（12）、凸点（13）、第一MEMS悬臂梁（14）
和第二MEMS悬臂梁（15）、驱动电极（16）、连接线（17）、压焊块（18）以及
空气桥（19）；CPW（1）的中间为CPW信号线，CPW信号线的两侧为CPW地线；
该结构采用一个平面螺旋电感（2）；两个并联连接到CPW信号线和地线之间的
第一MIM电容（3）和第二MIM电容（4）以及两个串联连接到CPW信号线的第
三MIM电容（5）和第四MIM电容（6），依次对称放置在平面螺旋电感（2）的
左右两侧，从而构成π型的微波带通滤波器；四个由引线连接的第五MIM电容
（7）、第六MIM电容（8）、第七MIM电容（9）和第八MIM电容（10）对称放置
在平面螺旋电感（2）的左右两侧；在平面螺旋电感（2）的左右两侧的任意一
侧的两个由引线连接的第五MIM电容（7）和第七MIM电容（9），或第六MIM电
容（8）和第八MIM电容（10）沿CPW信号线的前后两侧对称放置，而在CPW信
号线的前后两侧的任意一侧的两个由引线连接的第五MIM电容（7）和第六MIM
电容（8），或第七MIM电容（9）和第八MIM电容（10）分别通过两条引线（12）
串联连接过渡到CPW地线附近且彼此靠近；在每条引线（12）的末端制作一个
凸点（13）；在CPW信号线的前后两侧的任意一侧的两条彼此靠近的引线（12）
末端的凸点（13）上方有一个第一MEMS悬臂梁（14）或第二MEMS悬臂梁（15）；
在第一MEMS悬臂梁（14）和第二MEMS悬臂梁（15）下方两条彼此靠近的引线
（12）的附近均放置一个驱动电极（16），该驱动电极（16）通过一条连接线（17）
与CPW地线外侧的压焊块（18）相连接；空气桥（19）用于互连被连接线（17）
分开的CPW地线；从而通过利用一个π型的微波带通滤波器以及第一MEMS悬臂
梁（14）和第二MEMS悬臂梁（15）分别控制四个由引线连接的第五MIM电容（7）、
第六MIM电容（8）、第七MIM电容（9）和第八MIM电容（10）实现了该可重构
微波带通滤波器的四状态的中心频率和带宽的改变。
2.根据权利要求1所述的微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器，
其特征在于：在平面螺旋电感（2）的左右两侧的任意一侧的两个由引线连接的
第五MIM电容（7）和第七MIM电容（9），或第六MIM电容（8）和第八MIM电

\t容（10）具有不同的电容大小；而在CPW信号线的前后两侧的任意一侧的两个
由引线连接的第五MIM电容（7）和第六MIM电容（8），或第七MIM电容（9）
和第八MIM电容（10）具有相同的电容大小。
3.根据权利要求1所述的微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器，
其特征在于：MEMS悬臂梁的个数为两个，分别为第一MEMS悬臂梁（14）和第二
MEMS悬臂梁（15）；第一MEMS悬臂梁（14）和第二MEMS悬臂梁（15）的一端处
于自由状态而另一端通过锚区固定在CPW地线上，其中在引线（12）末端的凸
点（13）的正上方为MEMS悬臂梁的自由端。
4.根据权利要求1所述的微机械悬臂梁式四状态可重构微波带通滤波器，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，廖小平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：