[发明专利]一种移相单元及其构成的MEMS太赫兹移相器

说明书

技术领域

 本发明属于太赫兹通信、雷达领域及微机电系统（MEMS）技术领域中的元器件技术领域，具体的说，是涉及一种移相单元及其构成的MEMS太赫兹移相器。

背景技术

相对于微波和激光等其他波段，太赫兹雷达探测系统具有适中的搜索能力和覆盖范围，空间分辨率和角分辨能力较好，并且具有良好的抗干扰能力。相控阵雷达与机械扫描雷达相比，其天线无需转动，波扫描更灵活，能跟踪更多的目标，抗干扰性能好，还能发现隐形目标，是一种重要的电扫方式。

移相器是雷达中相控阵天线的关键组件，其成本、性能直接影响着相控阵雷达系统的造价和性能。目前，移相器一般基于铁氧体材料、PIN二极管（positive-intrinsic negative diode）或场效应晶体管（FET）开关来实现。其中，铁氧体材料移相器具有优良的性能，但其制造成本昂贵，体积大不易集成，同时，与PIN二极管或FET开关的移相器一样消耗相对较大的直流功率；半导体开关的损耗以及线性度等问题抑制了移相器向更高频率和更高性能发展。

近年来，RF MEMS移相器发展迅速，得到广泛的关注，其具有尺寸小、低功耗、高品质因素、高线性度以及批量制作成本低等特点。RF MEMS移相器主要有开关线型和分布式两种类型；在X-W波段，在MEMS梁两端串联MAM电容的分布式移相器具有精度高的特点，例如：公开号：CN 101694896 A的专利“五位射频微机电式移相器”。但是，这种方法无法满足太赫兹频段分布式移相器所需的电容比和电容值，同时，MAM电容的结构限制了MEMS梁的设计。现有技术中，太赫兹移相器的缺陷主要在于：寄生参数过多、工艺敏感性强；且由于器件尺寸过小，驱动电压过大。

因此，研发一种结构简单，具有可集成、小型化、插入损耗小、低功耗、低驱动电压、高可靠性、高精度、低工艺难度的太赫兹移相器，就成为了本领域技术人员的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构简单，具有可集成、小型化、插入损耗小、低功耗、低驱动电压、高可靠性、高精度、低工艺难度的MEMS太赫兹移相器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种移相单元，包括基底，设置在基底相对两侧的CPW信号线地线，开设于两条CPW信号线地线相对端的凹槽，通过该凹槽插入CPW信号线地线之中的具有开路终端的CPW信号线，两端分别与两条具有开路终端的CPW信号线连接的MEMS可动梁，以及设置于基底上并位于MEMS可动梁下方的CPW信号线；在其中一条CPW信号线地线上沿其长度方向开设有与该CPW信号线地线上的凹槽连通的槽，槽内放置有静电驱动偏置线，该静电驱动偏置线的一端连接与之相邻的具有开路终端的CPW信号线，另一端连接有偏置电极正极焊盘；所述CPW信号线与具有开路终端的CPW信号线共用CPW信号线地线。

进一步的，所述MEMS可动梁为中部加宽结构。

具体的说，所述MEMS可动梁包括MEMS开关梁，以及垂直连接于MEMS开关梁两端的支撑锚点结构，MEMS可动梁则通过支撑锚点结构与具有开路终端的CPW信号线连接；其中，MEMS开关梁可相对于支撑锚点结构上下移动。

再进一步的，所述MEMS可动梁正下方的CPW信号线上涂覆有一层绝缘介质层。

作为一种优选结构，所述基底为低介电常数的减薄基底。

进一步的，所述低介电常数的减薄基底厚度为100-300um；其材料为石英、玻璃或者与CMOS兼容的硅衬底。

在一种实施方案中，所述MEMS可动梁由Cr/Au材料制成。

在一种实施方案中，所述具有开路终端的CPW信号线材料为Cr/Au/Cr金属层。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种MEMS太赫兹移相器，根据位数不同，该MEMS太赫兹移相器包括数个上述的移相单元，且每一位中的移相单元通过直流偏置正极连接线连接。

进一步的，所述直流偏置正极连接线材料为Si-Cr电阻层。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明吸取了MEMS技术的诸项优点，结构简单，具有可集成、小型化、插入损耗小、低功耗、低驱动电压、高可靠性、高精度、低工艺难度的优点，可应用于各种太赫兹通信雷达设备中。

（2）本发明中基底采用低介电常数的减薄基底，能有效抑制高次模，提高相移的线性度及工作带宽，减小器件损耗。