面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA制造技术

本发明专利技术提出面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA，悬臂梁LNA是由2个LC可调带阻滤波器、2个AC/DC转换模块、2个充电电池、输入调谐网络、放大部分和输出调谐网络构成。其中LC带阻滤波器是基于Si衬底制作，一共有两个平面电感和两个电容式悬臂梁，通过控制电容式悬臂梁的下拉驱动电压可以调节接入滤波网络的电容值从而调节滤波器的通带频域与驻波信号的频域相同，可以收集LNA两端的驻波能量，并利用AC/DC转换模块转换成直流信号，最终存储在充电电池中。通过这些结构简单高效地实现了LNA两端驻波能量的收集，改善了电路的电磁兼容环境。

A cantilever beam LNA for standing wave energy collection for the Internet of things

The invention proposes a standing wave energy collecting cantilever beam LNA for the Internet of things, and the cantilever LNA is composed of 2 LC adjustable band stop filters, 2 AC/DC conversion modules, 2 rechargeable batteries, input tuning network, amplifying part and output tuning network. Which LC bandstop filters are fabricated based on Si substrate, a total of two planar inductors and two capacitors type cantilever, capacitor can be adjusted by controlling the network access filter capacitance cantilever drop driving voltage value so as to adjust the frequency passband frequency and standing wave signal is the same as that of the energy can be collected at both ends of the standing wave LNA and, using AC/DC conversion module to convert the DC signal, finally stored in rechargeable batteries. Through these structures, the collecting of the standing wave energy at both ends of the LNA is realized simply and efficiently, and the EMC environment of the circuit is improved.

【技术实现步骤摘要】
面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA
本专利技术涉及微电子机械系统(MEMS)的
，尤其是面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA。
技术介绍
如今，物联网的概念在全世界范围内备受关注，人们希望通过科技的发展将各种信息传感设备与互联网结合起来。而作为物联网的核心技术之一，微波接收机前端起着极其重要的作用。作为微波接收机前端的重要组成部分，LNA用于放大天线接收到的微波信号，然而微波信号会在LNA两端口形成驻波，这部分驻波信号对电路具有电磁兼容环境的干扰作用。因此，具有驻波能量收集作用的LNA的提出为解决这一问题提供了可能，具有潜在的应用前景。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA，使射频收发前端处理系统的LNA在实现低噪声放大的同时，能对LNA两端调谐网络处产生的驻波能量进行收集，在实现驻波能量收集的同时，也改善了电路的电磁兼容环境。技术方案：为实现上述技术效果，本专利技术提出以下技术方案：面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA，包括：输入调谐网络、放大部分、输出调谐网络、一号LC带阻滤波器、一号AC/DC模块、一号充电电池、二号LC带阻滤波器、二号AC/DC模块、二号充电电池。输入调谐网络的输出端连接放大部分的输入端，放大部分的输出端接输出调谐网络的输入端，形成LNA结构；输入调谐网络的输入端作为LNA结构的输入端，输出调谐网络的输出端作为LNA结构的输出端。LC带阻滤波器、输入调谐网络、放大部分、输出调谐网络和AC/DC模块都为二端口网络。一号LC带阻滤波器的输出端连接一号AC/DC转换模块的输入端，一号AC/DC转换模块的输出端连接一号充电电池，形成第一驻波收能量集电路，一号LC带阻滤波器的输入端与输入调谐网络的输入端相连；二号LC带阻滤波器的输出端连接二号AC/DC转换模块的输入端，二号AC/DC转换模块的输出端也连接二号充电电池，形成第二驻波能量收集电路，二号LC带阻滤波器的输入端与输出调谐网络的输出端相连。所述的面向物联网的驻波能量收集的固支梁LNA的微波接收信号从输入调谐网络和一号LC带阻滤波器之间的输入端口输入，从输出调谐网络和二号LC带阻滤波器之间的输出端口输出。所述的输入调谐网络和输出调谐网络为结构相同的LC带通滤波器，LC带通滤波器包括：平面电感L1、平面电感L2和电容式悬臂梁K1、电容式悬臂梁K2；其中，电容式悬臂梁K1的一端接地，电容式悬臂梁K1的另一端作为LC带通滤波器的输入端并连接平面电感L1；平面电感L1的另一端分别与平面电感L2、电容式悬臂梁K2相连，平面电感L2的另一端接地，电容式悬臂梁K2的另一端作为LC带通滤波器的输出端；施加特定下拉驱动电压使电容式悬臂梁K1和电容式悬臂梁K2导通，此时这两个电容式悬臂梁等效为电容C1和C2，输入调谐网络和输出调谐网络的上通带频率为f1：下通带频率为f2：其中f1＜f2。当且仅当射频信号的频率f满足f1≤f≤f2时，可以通过输入调谐网络和输出调谐网络。通过调节施加下拉驱动电压可以调节电容式悬臂梁K1、K2的等效电容C1、C2，可以调节输入调谐网络和输出调谐网络的通带频域。对于一号LC带阻滤波器和二号LC带阻滤波器，它们是完全相同的。LC带阻滤波器是由基于MEMS技术的电容式悬臂梁K4、电容式悬臂梁K3和平面电感L4、平面电感L3构成；其中，电容式悬臂梁K4的一端作为LC带阻滤波器的输入端口并连接平面电感L4，电容式悬臂梁K4的另一端连接地，平面电感L4的另一端分别与平面电感L3、电容式悬臂梁K3相连，平面电感L3的另一端接地，电容式悬臂梁K3的另一端作为LC带阻滤波器的输出端。施加特定下拉驱动电压使电容式悬臂梁K4和电容式悬臂梁K3导通，此时这两个电电容式悬臂梁等效为电容C4和C3，LC带阻滤波器的上截止频率为f3：下截止频率为f4：其中f3＜f4。当且仅当射频信号的频率f满足f≤f3或f≥f4时，可以通过一号LC带阻滤波器和二号LC带阻滤波器。通过调节施加下拉驱动电压可以调节电容式悬臂梁K3、K4的等效电容C3、C4，从而可以调节一号LC带阻滤波器和二号LC带阻滤波器的阻带频域。输入信号通过输入调谐网络由放大部分放大，其中未通过调谐网络的微波信号在输入端形成驻波，该驻波会通过与输入调谐网络通带频域互补的一号LC带阻滤波器，进而被一号AC/DC模块转换为直流信号，对一号充电电池进行充电储能；经过放大后的信号由输出调谐网络输出端输出，类似地，输出调谐网络输出端的驻波会通过二号LC带阻滤波器，被二号AC/DC模块转换，由充电电池储能。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：本专利技术的面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA在传统的LNA结构两端加入了驻波能量收集结构，只需要简单的控制电容式悬臂梁的下拉驱动电压的大小，就调节LC带阻滤波器对驻波的滤波，不仅操作简单，而且效果明显。输入调谐网络和输出调谐网络通频段外的微波信号会在输入端和输出端形成驻波信号，本专利技术中的两个LC可调带阻滤波器的通带频域可调成与驻波信号的频域相同，可以收集LNA两端的驻波能量，并利用AC/DC转换模块转换成直流信号，最终存储在充电电池中，在实现能量收集的同时，也改善了电路的电磁兼容环境。附图说明图1为本专利技术的面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA的结构框图；图2为本专利技术中构成输入调谐网络和输出调谐网络的LC带通滤波器的原理图；图3为本专利技术中构成输入调谐网络和输出调谐网络的LC带通滤波器的等效电路图；图4为本专利技术中LC带阻滤波器的原理图；图5为本专利技术中LC带阻滤波器的等效电路图；图6为平面电感的俯视图；图7为平面电感的AA’面剖面图；图8为电容式悬臂梁的俯视图；图9为电容式悬臂梁的BB’面剖面图。图中：1、一号LC带阻滤波器，2、一号AC/DC模块，3、一号充电电池，4、输入调谐网络，5、放大部分，6、输出调谐网络，7、二号LC带阻滤波器，8、二号AC/DC模块，9、二号充电电池，10、硅层，11、SiO2层，12、第一段传输线，13、第二段传输线，14、电感线圈，15、第一连接支撑柱，16、第二连接支撑柱，17、氮化硅介质层，18、下拉电极，19、第三段传输线，20、第四段传输线，21、第二氮化硅介质层，22、第一氮化硅介质层，23、锚区，24、悬臂梁。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。图1所示为本专利技术的面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA，图中，悬臂梁LNA由一号LC带阻滤波器1、一号AC/DC模块2、一号充电电池3、输入调谐网络4、放大部分5、输出调谐网络6、二号LC带阻滤波器7、二号AC/DC模块8和二号充电电池9构成。具体连接关系如下：信号从输入调谐网络4输入端输入，输入调谐网络4的输入端连接一号LC带阻滤波器1的输入端，输入调谐网络4的输出端连接放大部分5的输入端，放大部分5的输出端接输出调谐网络6的输入端，输出调谐网络6的输出端连接二号LC带阻滤波器7的输入端，信号从输出调谐网络6的输出端输出；一号LC带阻滤波器1的输出端连接一号AC/DC模块2的输入端，一号AC/DC模块2的输出端连接一号充电电池3。二号LC带阻滤波器7的输出端连接二号AC/DC模块8的输入端，二号AC/本文档来自技高网...

【技术保护点】
面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA，其特征在于，包括：输入调谐网络(4)、放大部分(5)、输出调谐网络(6)、第一驻波收能量集电路和第二驻波能量收集电路；输入调谐网络(4)、放大部分(5)、输出调谐网络(6)依次相连形成LNA结构；第一驻波收能量集电路和第二驻波能量收集电路分别连接在LNA结构的输入端和输出端；其中，输入调谐网络(4)和输出调谐网络(6)结构相同，均为LC带通滤波器；第一驻波收能量集电路和第二驻波能量收集电路结构相同，均包括依次相连的LC带阻滤波器、AC/DC模块和充电电池；LC带阻滤波器的带阻频域与LC带通滤波器的带通频域相同；LC带通滤波器包括：平面电感L1、平面电感L2和电容式悬臂梁K1、电容式悬臂梁K2；其中，电容式悬臂梁K1的一端接地，电容式悬臂梁K1的另一端作为LC带通滤波器的输入端并连接平面电感L1；平面电感L1的另一端分别与平面电感L2、电容式悬臂梁K2相连，平面电感L2的另一端接地，电容式悬臂梁K2的另一端作为LC带通滤波器的输出端；LC带阻滤波器包括：平面电感L4、平面电感L3、电容式悬臂梁K4、电容式悬臂梁K3；其中，电容式悬臂梁K4的一端作为LC带阻滤波器的输入端口并连接平面电感L4，电容式悬臂梁K4的另一端连接地，平面电感L4的另一端分别与平面电感L3、电容式悬臂梁K3相连，平面电感L3的另一端接地，电容式悬臂梁K3的另一端作为LC带阻滤波器的输出端；LNA结构输入端和输出端的驻波信号首先通过对应端的LC带阻滤波器进行滤波，继而被AC/DC模块转换为直流信号并存入充电电池中；所述面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA在实现驻波能量收集的同时，也改善了电路的电磁兼容环境。...

【技术特征摘要】
1.面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA，其特征在于，包括：输入调谐网络(4)、放大部分(5)、输出调谐网络(6)、第一驻波收能量集电路和第二驻波能量收集电路；输入调谐网络(4)、放大部分(5)、输出调谐网络(6)依次相连形成LNA结构；第一驻波收能量集电路和第二驻波能量收集电路分别连接在LNA结构的输入端和输出端；其中，输入调谐网络(4)和输出调谐网络(6)结构相同，均为LC带通滤波器；第一驻波收能量集电路和第二驻波能量收集电路结构相同，均包括依次相连的LC带阻滤波器、AC/DC模块和充电电池；LC带阻滤波器的带阻频域与LC带通滤波器的带通频域相同；LC带通滤波器包括：平面电感L1、平面电感L2和电容式悬臂梁K1、电容式悬臂梁K2；其中，电容式悬臂梁K1的一端接地，电容式悬臂梁K1的另一端作为LC带通滤波器的输入端并连接平面电感L1；平面电感L1的另一端分别与平面电感L2、电容式悬臂梁K2相连，平面电感L2的另一端接地，电容式悬臂梁K2的另一端作为LC带通滤波器的输出端；LC带阻滤波器包括：平面电感L4、平面电感L3、电容式悬臂梁K4、电容式悬臂梁K3；其中，电容式悬臂梁K4的一端作为LC带阻滤波器的输入端口并连接平面电感L4，电容式悬臂梁K4的另一端连接地，平面电感L4的另一端分别与平面电感L3、电容式悬臂梁K3相连，平面电感L3的另一端接地，电容式悬臂梁K3的另一端作为LC带阻滤波器的输出端；LNA结构输入端和输出端的驻波信号首先通过对应端的LC带阻滤波器进行滤波，继而被AC/DC模块转换为直流信号并存入充电电池中；所述面向物联网的驻波能量收集的悬臂梁LNA在实现驻波能量收集的...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，陈晨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32