一种应用于K波段的MEMS电磁带隙可调带阻滤波器制造技术

一种应用于Ｋ波段的ＭＥＭＳ电磁带隙可调带阻滤波器，共面波导中心传输线位于共面波导地平面的纵向中心线上，两者位于衬底上，且与共面波导中心传输线相垂直的方向上刻有刻槽；一对Ｔ型线横向端分别平行共面波导中心传输线并对称分布其两侧，纵向端分别位于共面波导中心传输线两侧的刻槽中；一对空气桥两端横跨在刻槽靠近共面波导中心传输线的边缘开口上方；一对ＭＥＭＳ直接接触式开关组两端横跨在沿远离共面波导中心传输线方向的刻槽的两个末端；由上述结构构成的单元谐振电路沿共面波导中心传输线方向周期性排列构成应用于Ｋ波段的ＭＥＭＳ电磁带隙可调带阻滤波器；本发明专利技术通过ＭＥＭＳ开关实现对滤波器中心频率大范围的调谐，并引入电磁带隙结构获得了阻带内良好的隔离性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射频微机电系统(RFMEMS)
，特别涉及一种适用于K波段的基于 MEMS和电磁带隙结构的中心频率可调带阻滤波器。
技术介绍
在多带无线通信、宽带雷达系统、宽带跟踪接收机等现代微波/毫米波应用领域中，可调 滤波器有着广泛的应用。传统可调滤波器通常利用YIG谐振器、有源谐振器或者变容器作为 可调谐元件，但是往往获得较低的Q值，同时还有制造成本高、体积大、功耗高等缺点。随 着MEMS技术的发展，MEMS开关以其低损耗、高线性度、极低功耗、体积小等优点逐渐在 可调滤波器领域获得了广泛的研究和利用。电磁带隙结构(EBG)是一种周期性结构，可以 阻止某一频率的电磁波传播，这种选频特性及其简单的结构非常适合制造高集成度微波滤波 器。但是在现有的MEMS电磁带隙可调带阻滤波器中，由于MEMS开关电容的pull-in现象 使其电容变化量较小，从而造成滤波器的调谐范围比较窄。以上因素限制了可调带阻滤波器 在宽频带的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种性能优良的适合宽频段应 用可调带阻滤波器，该滤波器通过MEMS开关对谐振单元的控制实现了滤波器中心频率大范 围的调谐，并引入电磁带隙(EBG)结构获得了阻带内良好的隔离性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种应用于K波段的MEMS电磁带隙可调带阻滤波器，其特征是共面波导中心传输线与共面波导地平面位于衬底上，其中共面波 导中心传输线位于共面波导地平面的纵向中心线上，在共面波导地平面上与共面波导中心传 输线相垂直的方向上刻有刻槽； 一对T型线的横向端分别平行于共面波导中心传输线并对称 的位于其两侧； 一对T型线的纵向端分别位于共面波导中心传输线两侧的刻槽中，并沿远离 共面波导中心传输线的方向延伸至与共面波导地平面相连接； 一对空气桥两端横跨在刻槽靠 近共面波导中心传输线的边缘开口上方，并与共面波导地平面相连； 一对MEMS直接接触式 开关组两端分别横跨在沿远离共面波导中心传输线方向的刻槽的两个末端，并与共面波导地 平面相连；由所述的对称于共面波导中心传输线两侧的T型线、空气桥、MEMS直接接触式开关组构成的单元谐振电路沿共面波导中心传输线方向呈周期性排列。所述的MEMS组直接接触式开关组包含有一个到十个MEMS直接接触式开关。 所述的MEMS组直接接触式开关组的每一个MEMS直接接触式开关在刻槽末端上方间 隔排列，并且每一个MEMS直接接触式开关正下方有一对开关下电极位于刻槽中T型线纵向 的两侧；每一个MEMS直接接触式开关通过其下方对应的开关下电极进行单独控制。 所述的开关下电极的材料为TaN或者SiCr，并通过高阻抗偏置线引出。 所述的MEMS组直接接触式开关组是有孔或者无孔结构。 所述的衬底为硅材料或者砷化镓材料。所述的衬底与共面波导地平面、共面波导中心传输线以及刻槽之间有二氧化硅绝缘层。 所述的T型线、共面波导地平面、共面波导中心传输线、空气桥和MEMS直接接触式开 关组的材料为金或者铜。本专利技术与现有技术相比所具有的优点1 、本专利技术所设计的MEMS电磁带隙可调带阻滤波器，MEMS直接接触式开关通过改变 T型线的电长度进而改变谐振电感，从而改变滤波器的谐振频率，可以实现大范围的调谐功 能；2、 本专利技术所设计的MEMS电磁带隙可调带阻滤波器，谐振单元由T型线的分布电感和 电容构成，不需要额外设计电感和电容，降低了设计难度；3、 本专利技术所设计的MEMS电磁带隙^T调带阻滤波器，谐振单元周期性排列所构成的电 磁带隙结构有利于进一步提高滤波器的带阻性能，在阻带范围内实现更好的隔离性能；4、 本专利技术所设计的MEMS电磁带隙可调带阻滤波器，通过在刻槽靠近共面波导中心传 输线的边缘开口处加入空气桥结构，在大于阻带谐振频率的通带范围内实现了对信号更小的 衰减；5、 本专利技术所设计的MEMS电磁带隙可调带阻滤波器采用共面波导电路结构，电磁带隙 结构也为平面紧凑型结构，通过微细加工制作，相对于微带线结构，本专利技术所设计的滤波器 体积小、重量轻，更易于单片集成。6、 本专利技术所设计的MEMS电磁带隙可调带阻滤波器通过辦细加工方法制备，相比于传 统滤波器，具有体积小、可重复批量制造、成本低等优势。附图说明图l是本专利技术的电路结构立体图； 图2是本专利技术的电路结构俯视图； 图3是开关截面图中l为刻槽；2为空气桥；3为MEMS直接接触式开关组；4为共面波导地平面；5 为共面波导中心传输线；6为衬底；7为二氧化硅绝缘层；8为T型线；9为开关下电极。具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式详细介绍本专利技术。如图1和图2所示，分别为本专利技术实施例的一种应用于K波段的MEMS电磁带隙(EBG) 可调带阻滤波器的立体图和俯视图；本实施例的衬底6选用相对介电系数11.9、厚度675pm 的硅材料；共面波导中心传输线5和共面波导地平面4由厚度为2^un金属金层构成，并位于 硅衬底6上，2^m金层的厚度大于K波段微波信号的趋肤深度，有利于降低传输线的导体损 耗；其中面波导中心传输线5位于共面波导地平面4的纵向中心线上，本实施例选取共面波 导中心传输线5的宽度为7(^m，其两侧与共面波导地平面4的间隙宽度为H5pm，该共面波 导传输线结构在22GHz时的特征阻抗约为66.5Q;共面波导地平面4、共面波导中心传输线5 与硅衬底6之间通过热氧化或CVD形成的二氧化硅绝缘层7厚度为lpm，可以有利于减小 衬底损耗；在共面波导地平面4上与共面波导中心传输线5相垂直的方向上刻有刻槽1，本 实施例选取刻槽1长805pm宽115nm; —对T型线8的纵向端分别位于共面波导中心传输线 5两侧的刻槽1中，并沿远离共面波导中心传输线5的方向延伸至与共面波导地平面4相连 接；本实施例选取T型线8的纵向端部分长815)^m宽3(^m，该部分可以适当地引入串联电 感； 一对T型线8的横向端分别平行于共面波导中心传输线5并对称的位于其两侧；T型线 8的横向端的部分长520pm宽20imi,该部分可以引入对传输线的分布电容，从而与以上引入 的电感形成谐振回路，在以上结构尺寸基础上，单元谐振电路获得了22.4GHz的谐振频率。一对MEMS直接接触式开关组3两端分别横跨在沿远离共面波导中心传输线5方向的刻 槽1的两个末端，并与共面波导地平面4相连；本实施例中MEMS直接接触式开关组3距离 T型线8的高度为2pm，长260pm宽50pm， MEMS直接接触式开关组3中可以包含一个到 十个MEMS直接接触式开关，本实施例中优选取MEMS直接接触式开关组3包含有3个 MEMS直接接触式开关；三个开关的排列间距为50^un; —对空气桥2两端横跨在刻槽1靠 近共面波导中心传输线5的边缘开口正上方，并与共面波导地平面4相连；本实施例中空气 桥2的高度为2pm，长26(^m宽l(^m;对称于共面波导中心传输线5两侧的T型线8、空 气桥2、 MEMS直接接触式开关组3构成单元谐振电路，这里取三个单元谐振电路沿共面波 导中心传输线5方向以2740nm的周期进行排列，构成电磁带隙结构。图3为MEMS直接接触式开关组3的截面图；在MEMS直接接触式开关组3中的每一个MEMS直接接触式开关的正下方有一对开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于Ｋ波段的ＭＥＭＳ电磁带隙可调带阻滤波器，其特征是：共面波导中心传输线（５）与共面波导地平面（４）位于衬底（６）上，其中共面波导中心传输线（５）位于共面波导地平面（４）的纵向中心线上，在共面波导地平面（４）上与共面波导中心传输线（５）相垂直的方向上刻有刻槽（１）；一对Ｔ型线（８）的横向端分别平行于共面波导中心传输线（５）并对称的位于其两侧；一对Ｔ型线（８）的纵向端分别位于共面波导中心传输线（５）两侧的刻槽（１）中，并沿远离共面波导中心传输线（５）的方向延伸至与共面波导地平面（４）相连接；一对空气桥（２）两端横跨在刻槽（１）靠近共面波导中心传输线（５）的边缘开口上方，并与共面波导地平面（４）相连；一对ＭＥＭＳ直接接触式开关组（３）两端分别横跨在沿远离共面波导中心传输线（５）方向的刻槽（１）的两个末端，并与共面波导地平面（４）相连；由所述的对称于共面波导中心传输线（５）两侧的Ｔ型线（８）、空气桥（２）、ＭＥＭＳ直接接触式开关组（３）构成的单元谐振电路沿共面波导中心传输线（５）方向呈周期性排列。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚军，张理，邱传凯，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]