本发明专利技术公开了一种微机械可调微波带通滤波器。该微波带通滤波器为，在微波电路衬底上设置一梳状滤波器结构，所述梳状滤波器结构包括输入耦合单元、输出耦合单元以及在两个单元之间的、相互间平行排列的谐振器单元，所述谐振器单元由中等阻抗的传输线与高阻抗传输线串构成，其中，该谐振器单元的中等阻抗传输线的一端接地，而高阻抗传输线的一端开路，在所述高阻抗线上串连或者／和并连一个或一个以上微机械开关，所述微机械开关与外部电信号控制电路连接。本发明专利技术由于采用了谐振特性可调的梳状滤波器结构，故具有滤波特性可调节特性，且实现了电学上寄生效应小、电路稳定以及工艺简单，可广泛应用于无线通信和雷达电路技术领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于，射频、微波等领域中，通带频率等滤波特性可调节的滤波器件，具体 地说，是基于MEMS调控器件的微机械可调微波带通滤波器。
技术介绍
滤波器在无线通信和雷达电路中是一种关键的射频器件。镜频干扰的滤除、噪声的抑 制、频分复用及在高性能的振荡、放大、倍频、混频电路中的信号频率选择，都需要滤波 器来实现。另外，有效的宽频带阻抗匹配网络和耦合结构也是在滤波器结构基础上实现的。 无线通信设备(包括基站和终端)以及雷达、电子战装备的微型化、宽带化、可移动性和 频率捷变能力的增强，以及高性能的收发机架构的演进，促使包括滤波器在内的射频元器 件不断向着微型化和单片集成化方向发展，同时也催生了各种电路结构和性能水平不断提 高、而且可根据周围环境进行调谐的射频/微波滤波器，使调射频/微波滤波器的通带/阻带 特性和工作中心频率等都可以在计算机控制下进行快速调整，这可以大大提高射频收发机 系统的灵活性和在复杂电磁环境中的适应性，并可望推动通信、雷达体制的变革。目前国内外所使用的可调谐微波滤波器主要可以分为四类l)基于电、磁介质参数可 调节(主要是铁氧体元件)的控制结构的滤波器；2)基于常规伺服机构调节的滤波器；3) 基于半导体调控器件(如起开关或者电容调节作用的PIN管、场效应晶体管)的滤波器； 和4)基于微机电系统(以下简称MEMS)控制元件的滤波器。第一类器件可以承受高微波功率，微波损耗较低，但铁氧体控制器件难以微型化，相应的偏置电路复杂，需要保持 静态偏置电流，因此控制功耗很大，第二类也可以承受较大微波功率，微波损耗很小，但 调节需要复杂的伺服机构，控制功耗和器件体积均较大。因此，第一类和第二类滤波器的 应用局限于对器件微型化要求低、电源供应稳定的、高功率的微波应用场合。第三类滤波器可以实现单片集成化，结构紧凑，但由于其中微波需要通过PN结和半导体材料传输，相应产生的微波损耗和非线性会显著影响其通带性能，而且所需的偏置电路比较复杂，往 往需要由多个晶体管构成，控制功耗难以降低，因此目前没有得到推广。第四类滤波器是 基于微机械开关控制元件的滤波器，具有微波损耗小、多功能、可单片集成等重要优点, 是卯年代末以来出现的新型微波器件，适合应用在移动通信、卫星通信等需要便携性、 可移动性、高集成度和低功耗的应用领域。在微电子技术的基础上发展而来的MEMS技术是一个多学科交叉的高新技术，它从已 经广泛应用的半导体、集成电路技术延伸而来，但超越了其局限。相应的MEMS器件产品 具有体积小、能耗和物耗低，制造方便、成本低、性能优良、便于与微观世界、特别是纳 米世界接口等突出优点。整个技术将在国民经济建设、国家安全及多个学科领域研究等方 面发挥越来越重要的作用，甚至有可能影响某些领域的发展走向。利用制作MEMS所用的 微机械加工技术，可以制作出用于射频(包括微波、毫米波)领域的各种无源元件，包括 电容、电感、开关控制器件、谐振器/滤波器等。这些元件具有插入损耗小、隔离度好、Q 值高、非线性和互调失真度低、易于与有源电路集成等独特的优势，可望替代现有射频系 统中的多个元件，降低整个系统的功耗，简化其体系结构。目前人们利用MEMS技术开发出了基于微机械结构的微型可调滤波器。它们的主要控 制元件是位于电磁波传输结构上(主要是微带线和共面波导等平面传输线)的微动平板电 容机械结构，即微机械开关，其形状可以采用类似于MMIC (单片微波集成电路)中双端 固定的空气桥结构，也可以釆用可上下或水平运动的矩形平板。这些结构均由溅射或者电 镀工艺所淀积的金、铝等金属材料所构成。在外部电控制信号(一般为电压控制信号)作 用所产生的静电场作用下，这些电容桥膜结构会发生变形，形成机械开关特有的开合动作， 其作用相当于一个可变的电容性阻抗，从而可以实现电路中元件的通断控制或加载电容的 调节，改变滤波器的等效电路参数或电路结构，并改变滤波器的频率响应。在目前现有的公开报道的研究结果中，文献(Brandon Pillans, Andrew Malczewski, Ron Allison and Jim Brank. "6-15 GHz RF MEMS Tunable Filters". Raytheon - Space and Airborne Systems, Dallas, TX， 75243, USA)介绍了一种可调带通滤波器的方法，其中带通是利用低 通和高通滤波器组合来实现的，而每一个低通和高通都是椭圆型可调节滤波器，基本原理 调节椭圆滤波器串联谐振回路的谐振频率，以此来改变该滤波器的截止频率。这是实现可 调带通滤波器最简单和直接的方法，但存在电路面积占用大、需要使用多个开关、器件总 损耗难以降低等问题。文献(Abbas Abbaapour-Tamijani, Laurent Dussopt, Gabriel M.Rebeiz. "A High Performance MEMS Miniature Tunable Bandpass Filter". 2003 IEEE MTT-S Digest) 利用微机械开关加载电容来实现3极点滤波电路中传输线慢波结构性能的改变，从而实现 滤波器性能的调谐；文献(B丄akshminarayanan T.Weller. "Tunable Bandpass Filter Using Distributed MEMS Tranmission Lines". 2003 IEEE MTT-S Digest.)则通过改变不同的加载用 DMTL (Distributed MEMS Transmission Line,分布MEMS传输线)上的微机械开关的电路 特性来调节滤波器的通带频率等特性。这种方法的好处在于容性微机械开关体积小且易于控制，并可以方便的调节其电容值，但是同样需要用到多个开关，电路占用面积大。上述 的方法都是基于传统的滤波器结构及调节方法来实现可调微波滤波器，即沿用常规滤波器 结构，并利用MEMS实现某些元件的加载或者加载元件的量值，例如微机械开关本身可以是一个电容，开关闭合相当于加载了一个电容，以此来实现滤波器的调节，而且滤波器的电路结构在调节前后几乎没有变化。文献(Jae-Hyoung Park, Sanghyo Lee, Jung-Mu Kim, Hong-Teuk Kim, Youngwoo Kwon, and Yong-Kweon Kim. "Reconfigurable Millimeter-Wave Filters Using CPW-Based Periodic Structures With Novel Multiple-Contact MEMS Switches". JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, VOL. 14, NO. 3, JUNE 2005)中利用MEMS开关实现滤波器电路结构的改变，从而实现滤波器中心频率的调节，这种方 法可以方便的改变滤波电路结构，是传统滤波器无法实现的。但缺点是要实现较大调节范 围时，需要使用多个开关(数量高于滤波器阶次的两倍)，而且各个电路状态的带宽并不 一致。现有的梳状传输线滤波器(以下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微机械可调微波带通滤波器，其特征在于：在微波电路衬底上设有一梳状滤波器结构，该梳状滤波器结构包括输入耦合单元、输出耦合单元以及在上述两个单元之间的相互间平行排列的多个谐振器单元，所述谐振器单元由中等阻抗传输线与高阻抗传输线串连构成，其中，所述中等阻抗传输线的一端接地，而所述高阻抗传输线的一端开路，在所述高阻抗传输线上串连或者／和并连一个或一个以上微机械开关，所述微机械开关与外部电信号控制电路连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：缪旻，卜景鹏，赵立葳，
申请(专利权)人：北京信息工程学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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