阅读说明：本技术 一种基于mems的雪花型单刀五掷开关 (Snowflake type single-pole five-throw switch based on MEMS ) 是由 吴倩楠 范丽娜 李孟委 *** 王姗姗 韩路路 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明属于单刀五掷开关技术领域,具体涉及一种基于MEMS的雪花型单刀五掷开关,包括衬底、输入信号线和输出信号线,所述输入信号线和输出信号线固定在衬底上,所述输入信号线有一条,所述输出信号线有五条,所述输入信号线与输出信号线连接,每条输出信号线上均设有开关。本发明的结构设计简单对称,体积较小,触点采用双触点结构,相较于单触点而言,双触点的有效接触面积大一点,提高了开关下拉时与触点接触的可靠性,当静电力作用于开关上电极时,双触点结构可以减小开关下拉带来的冲击力,作为缓冲,并有效的降低上电极和触点的形变程度,也大大提高了开关的寿命。本发明用于微波信号的选通切换。(The invention belongs to the technical field of single-pole five-throw switches, and particularly relates to a snowflake type single-pole five-throw switch based on an MEMS (micro electro mechanical system). The double-contact structure has simple and symmetrical structural design and small volume, adopts the double-contact structure, has larger effective contact area compared with a single contact, improves the reliability of contact with the contact when the switch is pulled down, can reduce the impact force caused by the pull-down of the switch when electrostatic force acts on the upper electrode of the switch, is used as a buffer, effectively reduces the deformation degree of the upper electrode and the contact, and greatly prolongs the service life of the switch. The invention is used for gating and switching the microwave signals.)

一种基于MEMS的雪花型单刀五掷开关

技术领域

本发明属于单刀五掷开关技术领域，具体涉及一种基于MEMS的雪花型单刀五掷开关。

背景技术

射频MEMS技术是一种以半导体为基础发展起来的先进的制造技术，以硅为主要材料，机械电器性能优良，MEMS器件的特点在于其体积小，重量轻，耗能低，便于集成化和批量生产，MEMS可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务，也可嵌入大尺寸系统中，把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。在几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

MEMS开关是射频MEMS器件中重要的一个器件，传统的单刀五掷开关采用的是PIN二极管，而且传统的单刀五掷开关PIN二极管的管芯数量多，需要熟练的压焊工艺焊接，也不方便维护。例如四川海湾微波科技有限责任公司公开了一种LC谐振式单刀五掷微波开关（申请号：CN 107819174 A）,采用PIN二极管与LC串联滤波电路并联，两个PIN二极管串联且方向相反，驱动控制电路与两个PIN二极管的输入端连接。但这种五掷开关元器件多、指标差、***损耗大、微波电路和控制电路复杂。为了解决单刀五掷开关元器件多，***损耗大，体积大的缺点，采用MEMS技术来制造MEMS开关，MEMS开关具有插损小、功耗低、体积小及线性度好等优点，已经成为无线通信、测试仪器、相控阵雷达等领域可替代传统开关的理想器件。

发明内容

针对上述技术问题，提供了一种结构简单、体积小、实用性强的基于MEMS的雪花型单刀五掷开关。

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MEMS的雪花型单刀五掷开关，包括衬底、输入信号线和输出信号线，所述输入信号线和输出信号线固定在衬底上，所述输入信号线有一条，所述输出信号线有五条，所述输入信号线与输出信号线连接，每条输出信号线上均设有开关。

所述开关包括驱动电极、引线、固定锚点、触点、上电极、下电极，所述上电极的一端通过固定锚点固定在输出信号线上，所述下电极的一端固定有触点，所述上电极的另一端设置在触点的正上方，所述下电极的另一端固定在输出信号线上。

所述触点包括第一触点和第二触点，所述第一触点和第二触点固定在下电极上。

所述上电极采用H型结构。

所述上电极中部的正下方设有驱动电极，所述驱动电极固定在衬底上，所述驱动电极连接有引线。

所述衬底的表面设有地线，所述地线零散分布在输入信号线、输出信号线和引线周围。

所述衬底采用高阻硅或玻璃。

所述一条输入信号线与五条输出信号线呈雪花型分布。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明的上电极采用H型结构，触点在下电极上面，在H型上电极的正下方，在驱动电极的驱动下，对应开关的上电极下拉，开关导通，可实现微波信号的选通切换。本发明的结构设计简单对称，体积较小，触点采用双触点结构，相较于单触点而言，双触点的有效接触面积大一点，提高了开关下拉时与触点接触的可靠性，当静电力作用于开关上电极时，双触点结构可以减小开关下拉带来的冲击力，作为缓冲，并有效的降低上电极和触点的形变程度，也大大提高了开关的寿命。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明开关的整体结构示意图；

图3为本发明固定锚点的结构示意图；

图4为本发明双触点的结构示意图；

图5为本发明上电极、触点、下电极和输出线组合的结构示意图；

图6为本发明H型上电极的结构示意图；

图7为本发明第二端口的***损耗示意图；

图8为本发明第二端口闭合时，第六端口的隔离示意图；

图9为本发明第三端口的***损耗示意图；

图10为本发明第三端口闭合时，第四端口的隔离示意图；

图11为本发明第四端口的***损耗示意图；

图12为本发明第四端口闭合时，第二端口的隔离示意图；

其中：1为衬底，2为输入信号线，3为输出信号线，4为驱动电极，5为引线，6为固定锚点，7为第一触点，8为第二触点，9为上电极，10为下电极，11为地线。

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MEMS的雪花型单刀五掷开关，如图1所示，包括衬底1、输入信号线2和输出信号线3，输入信号线2和输出信号线3固定在衬底1上，输入信号线2有一条，输出信号线3有五条，输入信号线2与输出信号线3连接，每条输出信号线3上均设有开关。在开关上施加驱动电压，在静电力的作用下，开关处于闭合状态，可实现信号的选通，在开关未添加驱动电压时，开关不会产生形变，开关处于断开状态，不能实现信号的选通。

进一步，开关包括驱动电极4、引线5、固定锚点6、触点、上电极9、下电极10，上电极9的一端通过固定锚点6固定在输出信号线3上，下电极10的一端固定有触点，上电极9的另一端设置在触点的正上方，下电极10的另一端固定在输出信号线3上。

进一步，触点包括第一触点7和第二触点8，第一触点7和第二触点8固定在下电极10上，双触点的有效接触面积大一点，提高了开关下拉时与第一触点7和第二触点8接触的可靠性，当静电力作用于开关上电极9时，双触点结构可以减小开关下拉带来的冲击力，作为缓冲，并有效的降低上电极9和触点的形变程度，也大大提高了开关的寿命。

进一步，优选的，上电极9采用H型结构。

进一步，上电极9中部的正下方设有驱动电极4，驱动电极4固定在衬底1上，驱动电极4连接有引线5，驱动电极4通过引线5施加驱动电压。

进一步，优选的，衬底1的表面设有地线11，地线11零散分布在输入信号线2、输出信号线3和引线5周围。

进一步，优选的，衬底1采用高阻硅或玻璃，由于选取导电率较低的高阻硅，降低了射频信号在传输过程中的损耗，保证了射频信号在传输过程中良好的低损耗特性。

进一步，一条输入信号线2与五条输出信号线3呈雪花型分布，此结构开关***损耗小，结构对称简单，易于加工制作。

本发明的工作原理为：在驱动电极上施加驱动电压，上电极在静电力的作用下，逐渐向下弯曲产生形变，上电极延伸出去悬空的一端与触点接触，开关处于闭合状态，可实现信号的选通，在驱动电极未添加驱动电压时，上电极不会产生形变，上电极不与触点接触，不构成通路，开关处于断开状态，不能实现信号的选通。

实施例

图7、9、11分别为本发明单刀五掷开关的第二、三、四端口的***损耗，第六端口与第二端口对称，第五端口与第三端口对称，如图7、9、11所示，对称的端口的***损耗相近。

本发明单刀五掷开关的第二端口闭合时，第六端口的隔离度如图8所示；本发明单刀五掷开关的第三端口闭合时，第四端口的隔离度如图10所示；本发明单刀五掷开关的第四端口闭合时，第二端口的隔离度如图12所示；经上述数据分析，所有端口的隔离度仿真结果相差不大。

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。