用于生成甚低频信号的信号发射元及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于生成甚低频信号的信号发射元及制作方法，涉及射频微电子机械系统领域和天线领域。该信号发射元包括：MEMS谐振器和辐射层，辐射层包括磁致伸缩薄膜或驻极体薄膜，辐射层设置在MEMS谐振器的谐振区的一侧，与谐振区紧密耦合，谐振区的另一侧通过锚点固定在衬底上，MEMS谐振器的谐振区的谐振频率工作在甚低频波段，用于使磁致伸缩薄膜发生磁化振荡，或使驻极体薄膜发生电荷振荡，生成甚低频信号。本发明专利技术可以通过MEMS工艺直接实现谐振器与辐射层的集成，无需另外的安装工艺，大大简化了工艺流程，解决了现有专利方案中VLF发射元结构单一、稳定性差和工艺实现难的问题，具有可批量制造、一致性好、尺寸小、后期易实现阵列化等优点。

Signal transmitter for generating VLF signal and its making method

【技术实现步骤摘要】
用于生成甚低频信号的信号发射元及制作方法
本专利技术涉及射频微电子机械系统领域和天线领域，尤其涉及用于生成甚低频信号的信号发射元及制作方法。
技术介绍
甚低频(VLF，Verylowfrequency)是指频带由3KHz到30KHz的无线电波。由于甚低频信号对于地下、水下等具有较大的穿透深度和较高的传输可靠性，并且具有难阻塞的特点，因此，VLF通信技术能够满足特定场景通信需求，已成为当今军事等通信技术研究的重点。然而，VLF通信技术面临一个巨大的挑战是由于VLF波段信号的波长为10-100km，即使采用电小天线作为发射元也有巨大的尺寸，导致难以在实际中应用，因此，实现高效率、便携式VLF发射元成为了各国军事通信领域追逐的方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于生成甚低频信号的信号发射元及制作方法，以及包含该信号发射元的甚低频发射器。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于生成甚低频信号的信号发射元，包括：MEMS谐振器和辐射层，所述辐射层包括：磁致伸缩薄膜或驻极体薄膜，所述辐射层设置在所述MEMS谐振器的谐振区的一侧，所述辐射层与所述谐振区紧密耦合，所述MEMS谐振器的谐振区的另一侧通过锚点固定在衬底上，所述MEMS谐振器的谐振区的谐振频率工作在甚低频波段，用于使所述磁致伸缩薄膜发生磁化振荡，或使所述驻极体薄膜发生电荷振荡，生成甚低频信号。本专利技术解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种甚低频发射器，包括如上述技术方案所述的用于生成甚低频信号的信号发射元，或使用如上述技术方案所述的用于生成甚低频信号的信号发射元生成甚低频信号。本专利技术解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种用于生成甚低频信号的信号发射元的制作方法，包括：在衬底上沉积金属层，在所述金属层上按照驱动电极的图形和位置覆盖光刻胶，并蚀刻未被覆盖的金属层，完成蚀刻后，去除所述光刻胶，形成驱动电极；在形成所述驱动电极后的衬底上继续沉积支撑层，在所述支撑层上按照锚点的图形和位置覆盖光刻胶，并蚀刻未被覆盖的支撑层，完成蚀刻后，去除所述光刻胶，形成锚点；在形成所述锚点后的衬底上继续沉积牺牲层，将所述牺牲层磨平至所述锚点的高度，在磨平后的牺牲层上沉积固支梁，并在所述固支梁上溅射辐射层；释放所述牺牲层，得到用于生成甚低频信号的信号发射元。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在MEMS谐振器的谐振区上耦合辐射层，通过对MEMS谐振器的结构和尺寸进行设计可以使谐振区的谐振频率工作在甚低频波段，进而诱导磁致伸缩薄膜发生磁化振荡，或诱导驻极体薄膜发生电荷振荡，达到辐射电磁波的目的，由于可以通过MEMS工艺直接实现谐振器与辐射层的集成，无需另外的安装工艺，大大简化了工艺流程，解决了现有专利方案中VLF发射元结构单一、稳定性差和工艺实现难的问题，具有可批量制造、一致性好、尺寸小、后期易实现阵列化等优点。本专利技术附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术实践了解到。附图说明图1为本专利技术信号发射元的实施例提供的结构示意图；图2为本专利技术信号发射元的其他实施例提供的双端固支梁结构示意图；图3为本专利技术信号发射元的其他实施例提供的双端固支梁结构俯视示意图；图4为本专利技术信号发射元的其他实施例提供的单端固支梁结构示意图；图5为本专利技术信号发射元的其他实施例提供的单端固支梁结构俯视示意图；图6为本专利技术信号发射元的其他实施例提供的多点固支膜片结构示意图；图7为本专利技术信号发射元的其他实施例提供的全固支膜片和多点固支膜片结构俯视示意图；图8为本专利技术信号发射元的制作方法的实施例提供的制作流程结构示意图；图9为现有技术中使用MEMS谐振器产生甚低频信号的系统的结构示意图；图10为现有技术中使用磁致伸缩层产生甚低频信号的系统的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。为便于更好的理解本专利技术，首先对目前现有的甚低频信号生成方案进行说明。美国霍尼韦尔国际公司的田友军专利技术了一种用于生成和传输ULF/VLF信号的系统和方法，其核心思想是利用MEMS谐振器使安装在悬臂梁上的驻极体产生共振，从而辐射电磁波。悬臂梁通过锚点与接地平面连接，采用静电驱动悬臂梁根部的电驱动器使其振动，进而构成了MEMS谐振器，并且通过MEMS阵列的方式提高辐射功率。其结构如图9所示，电驱动器耦合到梁的上表面，且被配置为通过电偏压在梁上生成应力，当通过电致动生成梁上的应力信号时，梁和驻极体在相对于第一接地平面和第二接地平面基本上垂直的方向上震动，驻极体的振动以产生ULF或VLF的辐射的频率完成。然而，在实际生产过程中，在悬臂梁下方安装驻极体的工艺非常复杂，加之为了实现ULF/VLF的谐振频率，需要较长的悬臂梁长度，因此，该方案仅仅为理论上可以实现的方案，工艺上几乎不可实现。此外，该方案中所谈及的MEMS阵列，因为电气布线、阻抗匹配、缺陷的问题，必然造成电磁波在传输过程中损耗过大、相位延迟等问题，将严重影响天线的辐射效率和方向图。此外，美国弗吉尼亚理工大学的JunranXu，ChungMingLeung，XinZhuang等在论文《ALowFrequencyMechanicalTransmitterBasedonMagnetoelectricHeterostructuresOperatedatTheirResonanceFrequency》和美国东北大学的CunzhengDong，YifanHe，MenghuiLi等在论文《APortableVeryLowFrequency(VLF)CommunicationSystemBasedonAcousticallyActuatedMagnetoelectricAntennas》中相继提出了一种基于磁电叠层结构来实现甚低频发射元的方案，磁电叠层由Metglas/PZT/Metglas三层结构组成，其中，PZT层粘贴在两个叉指电极之间，利用叉指电极来控制发射元频率。该方法利用压电层与磁致伸缩层之间的耦合形成复合磁电材料，并在压电层施加交变电压激励，诱发机电共振，进而耦合至磁致伸缩层产生磁化振荡向外辐射电磁波，其结构如图10所示。上述方案虽然能在很大程度上缩小甚低频发射机尺寸，但也存在制作工艺相对复杂、难以批量化等问题。其主要原因在于：(一)上述发射机的压电层和磁致伸缩层通过胶水粘贴在一起，两表面的结合度不高，造成了磁电耦合系数不高；(二)块体压电材料需要在安装前用强电场进行极化，使偶极子取向相同，给制作工艺增加了难度；(三)每个发射机需要单独制作，难以形成批量工艺，造成了组阵困难。基于此，本专利技术提供了一种基于MEMS谐振器的甚低频发射元实现方案，以推导的磁化振荡天线平均辐射功率计算表达式为依据，提出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成甚低频信号的信号发射元，其特征在于，包括：MEMS谐振器和辐射层，所述辐射层包括：磁致伸缩薄膜或驻极体薄膜，所述辐射层设置在所述MEMS谐振器的谐振区的一侧，所述辐射层与所述谐振区紧密耦合，所述MEMS谐振器的谐振区的另一侧通过锚点固定在衬底上，所述MEMS谐振器的谐振区的谐振频率工作在甚低频波段，用于使所述磁致伸缩薄膜发生磁化振荡，或使所述驻极体薄膜发生电荷振荡，生成甚低频信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于生成甚低频信号的信号发射元，其特征在于，包括：MEMS谐振器和辐射层，所述辐射层包括：磁致伸缩薄膜或驻极体薄膜，所述辐射层设置在所述MEMS谐振器的谐振区的一侧，所述辐射层与所述谐振区紧密耦合，所述MEMS谐振器的谐振区的另一侧通过锚点固定在衬底上，所述MEMS谐振器的谐振区的谐振频率工作在甚低频波段，用于使所述磁致伸缩薄膜发生磁化振荡，或使所述驻极体薄膜发生电荷振荡，生成甚低频信号。


2.根据权利要求1所述的用于生成甚低频信号的信号发射元，其特征在于，在所述衬底上设置有驱动电极，所述驱动电极位于所述衬底与所述谐振区之间，用于驱动所述MEMS谐振器。


3.根据权利要求1所述的用于生成甚低频信号的信号发射元，其特征在于，所述谐振区包括：双端固支梁，所述双端固支梁的一侧设置有所述辐射层，所述双端固支梁的另一侧的两端分别通过锚点固定在所述衬底上。


4.根据权利要求1所述的用于生成甚低频信号的信号发射元，其特征在于，所述谐振区包括：单端固支梁，所述单端固支梁的一侧设置有所述辐射层，所述单端固支梁的另一侧的一端通过锚点固定在所述衬底上。


5.根据权利要求1所述的用于生成甚低频信号的信号发射元，其特征在于，所述谐振区包括：多点固支膜片，所述多点固支膜片的一侧设置有所述辐射层，所述多点固支膜片的另一侧的多个端点分别通过锚点固定在所述衬底上。


6.根据权利要求1所述的用于生成甚低频...

【专利技术属性】
技术研发人员：李君儒，彭春瑞，高杨，陈锶，任万春，
申请(专利权)人：四川爆米微纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51