CN101262083A - 一种应用于低频段的高隔离度宽带rf mems开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于低频段的高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征是：射频电路结构位于衬底(9)上，在衬底(9)的纵向的两端排布有共面波导传输线(8)，MEMS电容式开关(5)位于共面波导传输线(8)的上面；MEMS电容式开关(5)通过弹簧装置的开关梁(6)和加入的短截高阻线(1)与共面波导地平面(7)相连；两个级联的MEMS电容式开关(5)与连接它们的共面波导高阻传输线(4)构成π型调谐电路；在共面波导传输线(8)和共面波导高阻传输线(4)的两侧与共面波导地平面(7)之间分布有衬底刻槽(3)。本发明的RF MEMS电容式并联开关电路可以在低频段获得很高的隔离度性能，同时也保持良好的宽带，有效提高了RF MEMS开关在射频电路和单片集成中的应用性能。
Description
技术领域
本发明涉及射频微机电***(RF MEMS)技术领域，特别涉及一种适用于低频段的RFMEMS电容式并联开关构成的高隔离度宽带电路。
背景技术
在微波应用领域，RF MEMS开关以其高隔离度、低***损耗、极低的功耗以及良好的线性度等FET或PIN二极管传统微波固态开关无法比拟的优势获得了广泛的关注，显示出了巨大的应用潜力。无论隔离度还是***损耗的性能上，RF MEMS电容式并联开关在Ka到W波段表现出了良好的性能，但是开关在闭态时产生的并联电容和开关电路的等效电感往往较小，所以谐振频率通常处于较高频段，而在低频段的隔离度较低。传统的电感调谐方法使RF MEMS电容式并联开关在谐振频率处获得较高隔离度的同时往往只能得到更窄的带宽；以上因素限制了RF MEMS电容式开关在低频段的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种性能优良的RF MEMS电容式并联开关并应用于低频段的宽带射频电路，该电路的隔离度与带宽性能取决于开关梁与地平面间的短截高阻线以及两个级联开关与开关之间的高阻传输线构成的π型调谐电路，本发明可以有效地提高电路在低频段的隔离度并获得更大的带宽。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于低频段的高隔离度宽带RFMEMS开关电路，其特征是：射频电路结构位于硅衬底上，在衬底的纵向两端排布有共面波导传输线，MEMS电容式开关位于共面波导传输线的上面；MEMS电容式开关通过开关梁与共面波导地平面相连；两个级联的MEMS电容式开关与连接它们的共面波导高阻传输线构成π型调谐电路。
所述的开关梁和共面波导地平面之间加入有一条短截高阻线。
所述的射频电路共面波导传输线和共面波导高阻传输线的两侧与共面波导地平面之间分布有衬底刻槽，在短截高阻线的两侧与共面波导地平面之间可以分布有衬底刻槽，也可以没有；衬底刻槽的深度均为5μm以上。
所述的开关梁采用弹簧梁的结构。
所述的共面波导传输线上淀积有一层绝缘层，此处的绝缘层采用氮化硅绝缘层。
所述射频电路的共面波导高阻传输线、共面波导地平面、共面波导传输线和MEMS电容式开关是多晶硅材料或者金属材料。
所述的MEMS电容式开关可以是有孔或者无孔结构。
所述的衬底为硅材料。
所述的衬底与共面波导高阻传输线、共面波导地平面、共面波导传输线之间有二氧化硅绝缘层。
本发明与现有技术相比所具有的优点：
1、本发明所设计的RF MEMS电容式并联开关电路在开关梁与共面波导地平面之间加入短截高阻线增加开关的串联电感，降低了开关串联谐振频率；
2、本发明所设计的RF MEMS电容式并联开关电路，开关梁使用了弹簧梁的结构弹性系数小，可以有效降低开关的执行电压；
3、本发明所设计的RF MEMS电容式并联开关电路，两个MEMS电容式开关与它们之间的共面波导高阻传输线构成π型调谐电路，共面波导高阻传输线实现阻抗匹配，所以在获得非常高隔离度的同时也得到更好的带宽匹配；
4、本发明所设计的RF MEMS电容式并联开关电路，采用KOH溶液在共面波导传输线和共面波导高阻传输线与共面波导地平面之间刻蚀有衬底刻槽，选择合适的衬底刻槽深度可以增加共面波导传输线的宽度同时保持传输线特征阻抗不变，从而减小由传输线导体损耗引起的信号衰减。
附图说明
图1是本发明的电路结构立体图；
图2是本发明的电路结构俯视图；
图3是开关开态时电路的侧视图；
图4是开关闭态时电路的侧视图；
图中：1.开关梁与地平面间的短截高阻线；2.氮化硅绝缘层；3.衬底刻槽；4.共面波导高阻传输线；5.MEMS电容式开关；6.开关梁；7.共面波导地平面；8.共面波导中心传输线；9.衬底；10.二氧化硅绝缘层。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
如图1和图2所示，分别为本发明实施例的一种应用于低频段的高隔离度宽带RFMEMS开关电路立体图和俯视图；射频电路的衬底9选用硅材料，共面波导传输线8位于衬底9纵向两端，共面波导传输线8的宽度为100μm，MEMS电容式开关5位于共面波导传输线8的上面距离2μm处，MEMS电容式开关5长度为300μm，厚度为2μm，中心极板尺寸100μm×80μm，其中在共面波导传输线8上通过PECVD或LPCVD淀积有一层厚为1.5μm的氮化硅绝缘层2用于隔离直流执行电压，避免MEMS电容式开关5处于下拉状态时发生短路；MEMS电容式开关5通过开关梁6与共面波导地平面7相连，在开关梁6和共面波导地平面7之间加入一条长150μm宽60μm的短截高阻线1增大开关的串联电感，使开关的串联谐振频率降低到13.5GHz，从而提高了开关在低频段的隔离度，其中开关梁6采用弹簧梁的结构具有更低的弹性系数，使开关下拉所需的静电执行电压降低到14V左右，两个MEMS电容式开关5与开关中间的共面波导高阻传输线4构成π型调谐电路，共面波导高阻传输线4实现阻抗匹配，所以在获得非常高隔离度的同时也得到更好的带宽匹配；在共面波导传输线8和共面波导高阻传输线4的两侧与共面波导地平面7之间均分布有使用KOH溶液刻蚀衬底所得的深度20μm的衬底刻槽3，而在短截高阻线1的两侧与共面波导地平面7之间可以分布有衬底刻槽3，也可以没有；这里以在短截高阻线1的两侧与共面波导地平面7之间分布有衬底刻槽3为例，如附图1所示；衬底刻槽3可以增加共面波导传输线的宽度同时保持传输线特征阻抗不变，从而减小由传输线导体损耗引起的信号衰减。
其中在衬底9与共面波导高阻传输线4、共面波导地平面7、共面波导传输线8之间有一层通过热氧化形成的二氧化硅绝缘层10，可以减小信号传输时共面波导传输线8与共面波导地平面7的衬底损耗。
本实施例中的共面波导高阻传输线4、共面波导地平面7、共面波导传输线8和开关5都采用多晶硅材料，其中开关5可以是有孔或者无孔结构。
图3和图4分别为本实施例所述的RF MEMS开关电路的开关处于开态和闭态时电路的侧视图；图3中，当共面波导传输线8上没有加入直流偏置执行电压时，开关5处于开态对射频信号形成通路；图4中，当加入执行电压后，开关5在静电力作用下被下拉至传输线上方的氮化硅绝缘层2，从而对射频信号形成短路；在开关处于闭态时，两个开关5与开关间长500μm宽20μm的共面波导高阻传输线4构成π型调谐电路，不仅可以获得良好的带宽匹配，也大大提高电路的隔离性能，获得了11.5GHz谐振频率处-81.6dB的隔离度。
Claims (10)
1、一种应用于低频段的高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征是：射频电路结构位于衬底(9)上，在衬底(9)的纵向两端排布有共面波导传输线(8)，MEMS电容式开关(5)位于共面波导传输线(8)的上面；MEMS电容式开关(5)通过开关梁(6)与共面波导地平面(7)相连；两个级联的MEMS电容式开关(5)与连接它们的共面波导高阻传输线(4)构成π型调谐电路。
2、根据权利要求1所述的低频段高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征在于：在开关梁(6)和共面波导地平面(7)之间加入的一条短截高阻线(1)。
3、根据权利要求1所述的低频段高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征在于：在射频电路共面波导传输线(8)和共面波导高阻传输线(4)的两侧与共面波导地平面(7)之间分布有衬底刻槽(3)，在短截高阻线(1)的两侧与共面波导地平面(7)之间可以分布有衬底刻槽(3)，也可以没有；衬底刻槽(3)的深度均为5μm以上。
4、根据权利要求1所述的低频段高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征在于：所述的开关梁(6)采用弹簧梁的结构。
5、根据权利要求1所述的低频段高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征在于：在共面波导传输线(8)上淀积有一层绝缘层(2)。
6、根据权利要求4所述的绝缘层(2)，其特征在于：所述的绝缘层(2)采用氮化硅绝缘层。
7、根据权利要求1所述的低频段高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征在于：所述射频电路的共面波导高阻传输线(4)、共面波导地平面(7)、共面波导传输线(8)和开关(5)是多晶硅材料或者金属材料。
8、根据权利要求1所述的低频段高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征在于：所述的MEMS电容式开关(5)可以是有孔或者无孔结构。
9、根据权利要求1所述的低频段高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征在于：所述的衬底(9)为硅材料。
10、根据权利要求1所述的低频段高隔离度宽带RF MEMS开关电路，其特征在于：所述的衬底(9)与共面波导高阻传输线(4)、共面波导地平面(7)、以及共面波导传输线(8)之间有二氧化硅绝缘层(10)。
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