[发明专利]矩形桥式共面波导结构的毫米波微机电系统移相器

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波微机电系统移相器。

背景技术

移相器是相控阵雷达、卫星通信、移动通信设备中的核心组件中最重要的部分，它的工作频带、插入损耗直接影响着这些设备的抗干扰能力和灵敏度以及系统的重量、体积和成本。在传统的移相器电路中常常采用二极管或铁氧体器件作为移相器电路的主体元器件，但是传统移相器具有功耗高、插入损耗高、可靠性差、成本高等缺点。而且应用传统移相器来设计毫米波段(如Ka波段)相控阵的馈电网络是行不通的，因为阵元的间距在毫米数量级，甚至已小于元器件的物理尺寸。而射频微机电系统(Radio Frequency Micro Electro MechanicalSystems，缩写为RF MEMS)移相器具有传统移相器所无法比拟的体积小、损耗小、成本低、频带宽、易于集成等突出优点，使得微波电路的结构、性能发生根本性改变。因此应用MEMS技术研究和开发基于MEMS工艺的毫米波移相器可大大减小设备的体积和重量，改善设备的性能，具有十分重要的意义。传统的分布式移相器结构(如图1所示)，它采用了分布式传输线结构，通过在共面波导传输线上周期的加载MEMS金属桥，在金属桥上施加电压来控制桥的高度来改变金属桥和传输线之间的电容从而改变传输线上的传播常数，实现改变入射波相移的目的。这种移相器由于仅仅通过改变两种状态下桥的高度来改变相移，而金属桥的高度变化范围有限，只能产生很小的一段位移，两种状态下的电容比非常低，因此单位MEMS金属桥所能产生的相移量非常有限，通常小于10度。当共面波导阻抗较低或较高时，都会产生较大的传输损耗，一般的反射损耗在-10dB左右，并且由于RF MEMS器件高度集成在一起，不可避免地会在相邻器件间相互产生电磁干扰。

发明内容

本发明为了解决现有MEMS移相器单桥相移量较小、潜在的传输损耗较大以及相邻器件间电磁干扰大的问题，提供了一种矩形桥式共面波导结构的毫米波微机电系统移相器，解决上述问题的具体技术方案如下：

本发明包含共面波导、信号线、地线、金属桥和金属槽形矩形桥，金属槽形矩形桥覆盖在n个金属桥的上方，金属槽形矩形桥的下端固定在共面波导上的两根地线上，金属槽形矩形桥顶部的桥梁与共面波导平行。

本发明与传统的分布式MEMS移相器相比具有下列优点：一、由于金属槽形矩形桥覆盖了MEMS金属桥及跨接了两侧的地线，使得电磁波的传输被限制在矩形桥以内，因而降低移相器的辐射损耗，由于信号线和地线之间的耦合度增大，表面电流得到分散，进而降低了传导损耗，在34～36GHz的频带内，插入损耗在-1～-2dB内，反射损耗在-10～-20dB，在整个通带内相移具有较好的线性度，在34～36GHz处仅两桥结构相移即达到120°～160°，且误差精度在±5°内，单桥相移量高达60°～80°；二、本发明在“关态”时，金属桥被下拉到介质层上，通过控制介质层的厚度来精确的限定在“关态”下金属桥与信号线之间的距离，进而实现了对相移的精确控制，同时还提高了移相器的使用寿命；三、本发明的MEMS金属桥被矩形桥覆盖，屏蔽了相邻器件间的电磁干扰。本发明有效地减小了附加的波导桥尺寸。本发明广泛适用于射频通信系统、小型相控阵雷达和相控阵天线系统。

附图说明

图1是现有分布式移相器结构示意图，图2是本发明带有金属槽形矩形桥8的结构示意图，图3是图2在竖直方向的右侧视图，图4是矩形桥式共面波导结构的毫米波MEMS移相器信号线3上锯齿槽7的结构示意图，图5是具体实施方式九中矩形桥式共面波导结构的毫米波MEMS移相器在“关态”下的射频特性示意图，图6是具体实施方式九中矩形桥式共面波导结构的毫米波MEMS移相器在“开态”下的射频特性示意图，图7是具体实施方式九中矩形桥式共面波导结构的毫米波MEMS移相器在“开态”和“关态”下的相移特性示意图。图中a为射频输入信号，b为射频输出信号，且S₁₁代表信号的反射，S₂₁代表信号的传输。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图2、图3描述本实施方式。本实施方式由共面波导1、信号线3、地线4、金属桥5和金属槽形矩形桥8组成，金属槽形矩形桥8延水平方向覆盖在n个金属桥5的上方，金属槽形矩形桥8的下端固定在共面波导1上的两根地线4上，金属槽形矩形桥8顶部的桥梁与共面波导1平行(所述n为大于1的自然数)。