[发明专利]毫米波机电带状线开关

说明书

本发明涉及毫米波机电带状线开关。一种机电微型开关包括相对于彼此以间隔开的取向安装的第一和第二电磁体，其中，每个电磁体具有位于安装表面上方第一距离处的场中心。永磁体位于电磁体之间，并且包括位于安装表面上方的比电磁体的磁场中心更高的磁场中心，从而使得永磁体朝向安装表面磁性地偏置。带状线开关元件可安装在永磁体和安装表面之间，并且抵靠安装表面上的电路结构而偏置，由此带状线开关元件在电磁体的影响下在第一和第二激活位置之间移动。

技术领域

本发明涉及微型开关，更具体地涉及可安装到电路板上的机电带状线（stripline）开关。

背景技术

开关已长久被用于电路设计，用以隔离电路的一部分。在其最简单的形式中，开关操作以在“闭合”位置容许信号从输入终端传送到输出终端并在“断开”位置防止信号从输入终端传送到输出终端。其他这类开关，诸如单刀双掷（SPDT）开关，在触头之间切换，以用于不同功能。

微机电系统（MEMS）是在小型密封包装中的大体在微米至毫米尺寸范围内的机电装置。在微波和毫米波频率范围内，开关用于仪器、通信系统、雷达、光纤和需要高频切换的许多其他系统。例如，开关可用于脉冲调制、端口隔离、转接切换、高速切换、机械零件的更换和其他开关应用。

微型开关形式的MEMS装置具有可动执行器，有时被称作可动电极，其通过位于可动执行器下方的基板上的栅驱动器（也被称作栅电极或基板电极）的影响而朝向静止的电触头移动。可动执行器可以是柔性杆，其在所施加的力的作用下弯曲，所施加的力诸如为静电引力、磁引力和斥力或热致不均匀膨胀，其闭合杆的自由端和静止触头之间的间隙。如果杆的自由端和静止电触头之间存在足够大的差分电压，则所得静电力可致使杆在没有栅驱动器提供的任何选通信号的情况下自我驱动。在某些现有开关应用中，这种自我驱动可导致开关或下游系统发生严重的故障。

现在，市场上有很多可商购的高频开关。遗憾的是，这些开关中的大多数或全部在性能上存在折中，因为它们不能同时在所有期望特征内操作，所述特征包括获得大于15dBm的高开关隔离度、处理24dBm以上的高功率以及从DC至毫米波频率的小于1dB的低插入损耗。例如，采用场效应晶体管（FET）的高频开关通常不能处理毫米波范围内的高频率和/或24dBm以上的高功率。在替代性方案中，基于FET的方案可能具有高插入损耗。此外，基于波导的开关难以集成并且缺少针对DC的所需带宽范围。此外，耦合式双工器通常具有较差的隔离度并且在穿越频率下具有高插入损耗。

在尤其是分析器和范围衰减器领域，需要毫米波微型开关，其可热切换+30dBm、耐用性好（例如额定1千万个循环）并且能够被安装到电路板上。但是，市场上缺少可热切换、小型、可安装到电路板上的开关。现有的毫米波开关是不易于组装到电路板上的大的连接式组件。这类现有的毫米波开关将难以与例如动态范围为70dB的可能需要16个SPDT的频谱分析器衰减器一起使用。

因此，仍需要能够克服现有技术的缺点并提供对于当今现代设施有用的功能的毫米波开关。

发明内容

根据本发明的教导构造的微型开关包括相对于彼此以间隔开的取向被安装在安装表面上以在其间限定滑动空间的第一和第二电磁体。第一和第二电磁体各自具有位于安装表面上方第一距离处的电磁场中心。带状线开关元件被安装到大致位于第一和第二电磁体之间的表面上。带状线开关包括具有限定第一和第二电磁体之间的滑动边界的孔口的固定部分以及容纳在所述孔口内以便在第一和第二激活位置之间线性移动的滑动部分。所述滑动部分包括指向安装表面的面向部分和背离孔口的相对表面。永磁体耦合到滑动部分的相对表面并被安装在位于第一和第二电磁体之间的滑动空间中。所述永磁体具有位于安装表面上方第二距离处的磁场中心，第二距离大于第一距离，从而使得永磁体朝向安装表面偏置。

在使用时，机电微型开关包括形成在安装表面上的安装表面电触头和形成在带状线开关元件的滑动部分的面向表面上的面向表面电触头。面向表面电触头被配置为根据带状线开关元件处于第一激活位置还是第二激活位置而与安装表面电触头的不同部分实现电接触。