阅读说明：本技术 一种基于射频mems开关的t型可调滤波器 (T-shaped adjustable filter based on radio frequency MEMS switch ) 是由 吴倩楠 韩路路 李孟委 王姗姗 范丽娜 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于可调滤波器技术领域,具体涉及一种基于MEMS开关的T型可调滤波器,包括衬底,所述衬底上固定有两个镜像设置的T型可调谐振器,所述衬底上设有输入谐振器及输出谐振器。所述T型可调谐振器是由弯折T型谐振器、多个射频MEMS开关和多个接地端子组成,所述T型谐振器的尾部弯折,从而缩短整体尺寸。T型谐振器的头部左右两侧分别设有射频MEMS开关,所述射频MEMS开关另一端分别与接地端子相连,接地端子通过TSV通孔与背面接地层相连。本发明可减小滤波器尺寸,降低系统复杂度,具有体积小、高Q值、低损耗、高带外抑制、易集成等优点。在0.01-22GHz的范围内,有着优越的实用性,实现了MEMS开关与微带线结构的高度集成。本发明用于不同频率的滤波。(The invention belongs to the technical field of tunable filters, and particularly relates to a T-shaped tunable filter based on an MEMS switch. The T-shaped adjustable resonator is composed of a bent T-shaped resonator, a plurality of radio frequency MEMS switches and a plurality of grounding terminals, and the tail of the T-shaped resonator is bent, so that the overall size is shortened. The left side and the right side of the head of the T-shaped resonator are respectively provided with a radio frequency MEMS switch, the other end of each radio frequency MEMS switch is connected with a grounding terminal, and the grounding terminal is connected with a back grounding layer through a TSV through hole. The invention can reduce the size of the filter, reduce the complexity of the system, and has the advantages of small volume, high Q value, low loss, high out-of-band rejection, easy integration and the like. The high-precision MEMS switch has excellent practicability in the range of 0.01-22GHz, and realizes high integration of the MEMS switch and the microstrip line structure. The invention is used for filtering different frequencies.)

一种基于射频MEMS开关的T型可调滤波器

技术领域

本发明属于可调滤波器技术领域，具体涉及一种基于射频MEMS开关的T型可调滤波器。

背景技术

带通滤波器是一类允许特定频段信号通过的重要电子元器件，在无线通信系统以及测试设备中发挥着巨大的作用。随着现代通信技术的发展，面对通信系统设计中日益增长的高集成度、小型化、多功能复用以及可重构的要求，传统的单频滤波器已不能充分适应需求。由于使用可调滤波器不仅可以大大降低系统的尺寸和复杂性，并且可以适应多通信协议复用要求，因此可调滤波器设计近年来已成为研究热点之一。

目前国内对可调滤波器开展研究的机构主要有中国科学院微电子研究所、南京电子器件研究所、中电五十四所、南京理工大学、武汉大学、中北大学、四川九洲电器集团有限责任公司等。例如南京理工大学设计了一种基于零阶谐振器的高性能可调滤波器（申请号：201610530252.4），此滤波器包括两条端口馈线、两个隔直电容、零阶谐振单元以及变容二极管等结构，通过改变变容二极管的容值来调节滤波器的中心频率。四川九洲电器集团有限责任公司设计了一款带状线可调滤波器（申请号：201320179424.X），此滤波器包括电源控制部分和带状线可调滤波器腔体，其中带状线可调滤波器墙体包括：矩形金属谐振杆和高Q值变容二极管。通过控制变容二极管从而改变滤波器的工作频带，实现可调。但这两种可调滤波器存在结构复杂、带外抑制差、体积大、不易集成等问题。

发明内容

针对上述可调滤波器存在结构复杂、带外抑制差、体积大、不易集成的技术问题，本发明提供了一种结构紧凑、高Q值、低插损、高带外抑制的基于射频MEMS开关的T型可调滤波器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于射频MEMS开关的T型可调滤波器，包括衬底、设于衬底背面的接地层、设于衬底正面的输入谐振器和输出谐振器、设于输入谐振器和输出谐振器之间的谐振器组；

所述输入谐振器和输出谐振器均通过一个直线型传输线、L型高阻抗传输线、第一接地端子组成，所述直线型传输线与L型高阻抗传输线相连接，所述L型高阻抗传输线通过电容耦合的方式与第一接地端子相连接；

所述谐振器组包括两个镜像设置的T型可调谐振器，所述T型可调谐振器包括T型谐振器、多个射频MEMS开关、多个第二接地端子，所述射频MEMS开关至少有两个，所述第二接地端子与射频MEMS开关的个数相同，所述T型谐振器通过多个射频MEMS开关分别对应的第二接地端子连接；

所述第一接地端子、第二接地端子均通过TSV通孔与衬底背面的接地层相连。

所述T型谐振器远离射频MEMS开关的一端采用弯折结构，所述T型谐振器远离射频MEMS开关的一端通过TSV通孔与衬底背面的接地层相连。

所述射频MEMS开关包括锚点、触点、悬臂梁，所述悬臂梁的一端通过锚点固定在第二接地端子上，所述触点固定在T型谐振器上，所述悬臂梁的另一端悬在触点的正上方。

所述悬臂梁的正下方设置有驱动电极，所述驱动电极连接有驱动引线，所述驱动电极面向悬臂梁的一面设置有一层介质层。

所述悬臂桥上设置有释放孔阵列，所述释放孔阵列为1-8排、1-10列，所述释放孔的直径为8-15μm，两个相邻释放孔之间的距离为15-25μm。

所述介质层采用氮化硅或氧化铪。

所述TSV通孔的直径为100-400μm。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明与传统铁氧体可调滤波器、腔体式可调滤波器、半导体可调滤波器、铁电可调滤波器等传统带通滤波器相比，本发明可减小整体系统尺寸，降低开关功耗，降低系统复杂度，具有结构紧凑、高Q值、低插损、高带外抑制等优点。在0.01-22GHz的范围内，有着优越的带通滤波特性。本发明可以通过开关的选通状态改变谐振器的电长度来进行调谐。并且本发明减少了射频MEMS开关的使用数量，从而大大提高了可调滤波器的寿命。因此本发明实现了0.01-22GHz的多工作频率、高性能的调谐。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的另一结构示意图；

图3为本发明射频MEMS开关的结构示意图；

图4为本发明悬臂桥的结构示意图；

图5为本发明可调滤波器的S参数仿真图；

其中：1为衬底，2为射频MEMS开关，2-1为锚点，2-2为触点，2-3为悬臂梁，2-4为驱动电极，2-5为介质层，2-6为释放孔，2-7为驱动引线，3-1为输入谐振器，3-2为输出谐振器，3-3为直线型传输线，3-4为L型高阻抗传输线，4为T型谐振器，5为第一接地端子，6为第二接地端子，7为接地层，8为TSV通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于射频MEMS开关的T型可调滤波器，如图1、图2所示，包括衬底1、设于衬底1背面的接地层7、设于衬底1正面的输入谐振器3-1和输出谐振器3-2、设于输入谐振器3-2和输出谐振器3-2之间的谐振器组。输入谐振器3-1和输出谐振器3-2均通过一个直线型传输线3-3、L型高阻抗传输线3-4、第一接地端子5组成，直线型传输线3-3与L型高阻抗传输线3-4相连接，L型高阻抗传输线3-4通过电容耦合的方式与第一接地端子5相连接。谐振器组包括两个镜像设置的T型可调谐振器，T型可调谐振器包括T型谐振器4、多个射频MEMS开关2、多个第二接地端子6，射频MEMS开关2至少有两个，第二接地端子6与射频MEMS开关2的个数相同，T型谐振器4通过多个射频MEMS开关2分别与对应的第二接地端子6连接。第一接地端子5、第二接地端子6均通过TSV通孔8与衬底1背面的接地层7相连。通过控制四个射频MEMS开关2的选通状态，实现T型滤波器工作频率的可调。

进一步，T型谐振器4远离射频MEMS开关2的一端采用弯折结构，从而缩短整体尺寸。T型谐振器4远离射频MEMS开关2的一端通过TSV通孔8与衬底1背面的接地层7相连。通过控制射频MEMS开关2的选通状态，从而改T型谐振器的电长度，实现频率可调。

进一步，如图3所示，射频MEMS开关2包括锚点2-1、触点2-2、悬臂梁2-3，悬臂梁2-3的一端通过锚点2-1固定在第二接地端子6上，触点2-2固定在T型谐振器4上，悬臂梁2-3的另一端悬在触点2-2的正上方。

进一步，悬臂梁2-3的正下方设置有驱动电极2-4，驱动电极2-4连接有驱动引线2-7，驱动电极2-4面向悬臂梁2-3的一面设置有一层介质层2-5。驱动电极2-4通过驱动引线2-7施加驱动电压，当驱动电极2-4上未施加驱动电压，驱动电极2-4不作用，悬臂梁2-3与触点2-2分离，开关处于断开状态。当驱动电压作用在驱动电极2-4上时，驱动电极2-4作用产生静电力使得悬臂梁2-3发生形变，从而与电极接触点2-2相接触，则开关处于开通状态。

进一步，如图4所示，悬臂桥2-3上设置有释放孔2-6阵列，优选的，释放孔2-6阵列为1-8排、1-10列，释放孔2-6的直径为8-15μm，两个相邻释放孔2-6之间的距离为15-25μm。

进一步，优选的，介质层2-5采用氮化硅或氧化铪，此类材料相对介电常数较高，保证悬臂梁2-3与驱动电极2-4的隔离度。

进一步，优选的，TSV通孔8的直径为100-400μm。

本发明的工作流程为：驱动电极通过驱动引线施加驱动电压，当驱动电极上未施加驱动电压，驱动电极不作用，悬臂梁与触点分离，开关处于断开状态。当驱动电压作用在驱动电极上时，驱动电极作用产生静电力使得悬臂梁发生形变，从而与电极接触点相接触，则开关处于开通状态，通过控制四个射频MEMS开关的选通状态，实现T型滤波器工作频率的可调。

实施例

本发明中全部开关断开对应的滤波器为第一可调滤波器、临近滤波器边缘的两个开关断开，远离滤波器边缘的两个开关闭合对应的滤波器为第二可调滤波器、临近滤波器边缘的两个开关闭合，远离滤波器边缘的两个开关断开对应的滤波器为第三可调滤波器、全部开关闭合对应的滤波器为第四可调滤波器。图5为本发明可调滤波器的S参数仿真图，如图5（a）所示，第一可调滤波器的直通插损为[email protected]，带外抑制为[email protected]，[email protected]；如图5（b）所示，第二可调滤波器的直通插损为[email protected]，带外抑制为[email protected]，[email protected]；如图5（c）所示，第三可调滤波器的直通插损为[email protected]，带外抑制为[email protected]，[email protected]；如图5（d）所示，第四可调滤波器的直通插损为[email protected]，带外抑制为[email protected]，[email protected]。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。