CN109950063B - 基于杠杆原理的双稳态rf mems接触式开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,包括有衬底,衬底上分布有微波传输线,微波传输线两侧分布有地结构,地结构内开设有驱动电极收纳槽,驱动电极收纳槽内设置有两两镜像分布的四个开关驱动电极,微波传输线上平行架设有悬臂梁,悬臂梁左右两侧对称设置有翘板组件,构成“T”型金属膜桥,微波传输线与悬臂梁之间有金属锚点连接,翘板组件的位置与电极收纳槽相对应,翘板组件的底部与衬底之间设置有支点构造。由此,采用翘板式结构,具有双稳态,开关可靠性更高。“ON”转“OFF”态时,由于有驱动力和悬臂梁自身回复力的双重作用,响应时间更快。在“OFF”态时,金属膜桥与地接触,使得开关隔离度更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种接触开关,尤其涉及一种基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关。
背景技术
射频开关作为通信器件的基本结构单元,在通信***中有着举足轻重的地位。RFMEMS开关是利用MEMS技术制作的一种射频开关,通过微机械结构的运动,来达到控制信号的通与断的目的,且相较传统射频半导体开关具有插损低,隔离度高以及使用寿命长的优点。
目前RF MEMS接触式开关一般为单稳态结构,即“ON”态为有驱动电压的稳态,“OFF”态为没有驱动电压的非稳态;另外,传统RF MEMS接触式开关在30GHz以上的频段隔离度普遍较差。有鉴于上述的缺陷,本设计人,积极加以研究创新,以期创设一种基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关。
本发明的基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,包括有衬底,其中:所述衬底上分布有微波传输线,所述微波传输线两侧分布有地结构,所述地结构内开设有驱动电极收纳槽,所述驱动电极收纳槽内设置有两两镜像分布的四个开关驱动电极,所述微波传输线上平行架设有悬臂梁,所述悬臂梁左右两侧对称设置有翘板组件,构成“T”型金属膜桥,所述微波传输线与悬臂梁之间有金属锚点连接,所述翘板组件的位置与电极收纳槽相对应,所述翘板组件的底部与衬底之间设置有支点构造。
进一步地,上述的基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,其中,所述四个开关驱动电极中,接近微波传输线的一对驱动电极为“ON”态驱动电极,远离微波传输线的一对驱动电极为“OFF”态驱动电极。
更进一步地,上述的基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,其中,所述“OFF”态驱动电极处设置有接地触点。
更进一步地,上述的基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,其中,所述开关驱动电极包括有位于底层的金属基板,所述金属基板上叠加有介质层。
更进一步地,上述的基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,其中,所述翘板组件为带孔翘板,分布有均匀的孔状结构。
更进一步地,上述的基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,其中,所述微波传输线为共面波导,或是为微带线。
更进一步地,上述的基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,其中,所述衬底为高阻硅衬底;或是为玻璃衬底(石英衬底);或是为陶瓷衬底;或是为砷化镓衬底。
再进一步地,上述的基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,其中,所述支点构造为绝缘锚点。
借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
1、采用翘板式结构,具有双稳态,开关可靠性更高。
2、“ON”转“OFF”态时,由于有驱动力和悬臂梁自身回复力的双重作用,响应时间更短。
3、在“OFF”态时,金属膜桥与地接触,使得开关隔离度更高。
4、微波传输线正下方没有驱动电极,可减少信号泄漏,降低***损耗。
5、带孔翘板的孔状结构既方便金属膜桥的释放,又减小了开关过程中的空气阻力,从而降低了开关响应时间。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本翘板结构的RF MEMS接触式开关的结构示意图。
图中各附图标记的含义如下。
1衬底 2微波传输线
3地结构 4悬臂梁
5翘板组件 6金属锚点
7绝缘锚点 8“ON”态驱动电极
9“OFF”态驱动电极 10接地触点
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1至的基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,包括有衬底1,其与众不同之处在于:考虑到信号的快速、准确传输,在衬底1上设置有微波传输线2。同时,在微波传输线2的两侧分布有地结构3,地结构3内开设有电极收纳槽,驱动电极收纳槽内设置有两两镜像分布的四个开关驱动电极。在微波传输线2上架设有悬臂梁4,悬臂梁4的左右两侧对称设置有翘板组件5,构成“T”型的金属膜桥,令翘板组件5彼此连接,横跨微波传输线2形成整体。并且,在微波传输线2与悬臂梁4之间设置有金属锚点6,可通过金属锚点6作为金属膜桥与微波传输线2的连接,作为金属膜桥中悬臂梁4的支撑点。翘板组件5的位置与电极收纳槽相对应,翘板组件5的底部与衬底1之间设置有绝缘锚点7所构成的支点构造,以实现杠杆运动。
结合本发明一较佳的实施方式来看,采用的开关驱动电极有多个,在这些开关驱动电极中,接近微波传输线2的一对驱动电极为“ON”态驱动电极8,远离信号线微波传输线2的一对驱动电极为“OFF”态驱动电极9。同时,“OFF”态驱动电极9处设置有接地触点10,能够使金属膜桥接地。
进一步来看,开关驱动电极包括有位于底层的金属基板,金属基板上叠加有介质层。同时,本发明采用的翘板组件5为带孔翘板,分布有均匀的孔状结构。这样,方便金属膜桥的释放,又减小了开关过程中的空气阻力,从而降低了开关响应时间。并且,为了适应不同的使用需求,微波传输线为共面波导,也可以为微带线。
再进一步来看,本发明采用的衬底1为高阻硅衬底。根据使用需求的不同,也可以为玻璃衬底(石英衬底)。当然,针对某些特殊情况的应用,还为陶瓷衬底1,或是为砷化镓衬底。
本发明的工作原理如下:
微波传输线2、地结构3、翘板组件5、悬臂梁4均可选取电阻率低的金属材料,优选为金。金属基板为铝,介质膜可用氮化硅。金属锚点6、微波传输线2也可选用金材料。
当两“ON”态驱动电极8同时加电压,而“OFF”态驱动电极9不加电压时,在驱动力的作用下带孔翘板07内侧被拉向电极,此金属膜桥与微波传输线2的金属触点接触,微波传输线2导通。同时,由于杠杆原理,带孔翘板外侧翘起。
当“OFF”态驱动电极9同时加电压,而两“ON”态驱动电极8不加电压时,在驱动力的作用下带孔翘板外侧被拉向电极。此时,带孔翘板外侧与接地触点10接触。金属膜桥接地,同时带孔翘板内侧翘起,金属膜桥与微波传输线2金属触点脱离,信号断开。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出,采用本发明后,拥有如下优点:
1、采用翘板式结构,具有双稳态,开关可靠性更高。
2、“ON”转“OFF”态时,由于有驱动力和悬臂梁自身回复力的双重作用,响应时间更短。
3、在“OFF”态时,金属膜桥与地接触,使得开关隔离度更高。
4、微波传输线正下方没有驱动电极,可减少信号泄漏,降低***损耗。
5、带孔翘板的孔状结构既方便金属膜桥的释放,又减小了开关过程中的空气阻力,从而降低了开关响应时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.基于杠杆原理的双稳态RF MEMS接触式开关,包括有衬底,其特征在于:所述衬底上分布有微波传输线,所述微波传输线两侧分布有地结构,所述地结构内开设有驱动电极收纳槽,所述驱动电极收纳槽内设置有两两镜像分布的四个开关驱动电极,所述微波传输线上平行架设有悬臂梁,所述悬臂梁左右两侧对称设置有翘板组件,构成“T”型金属膜桥,所述微波传输线与悬臂梁之间有金属锚点连接,所述翘板组件的位置与电极收纳槽相对应,所述翘板组件的底部与衬底之间设置有支点构造;
所述四个开关驱动电极中,接近微波传输线的一对驱动电极为“ON”态驱动电极,远离微波传输线的一对驱动电极为“OFF”态驱动电极;所述“OFF”态驱动电极处设置有接地触点;
所述开关驱动电极包括有位于底层的金属基板,所述金属基板上叠加有介质层;所述翘板组件为带孔翘板,分布有均匀的孔状结构;所述微波传输线为共面波导,或是为微带线;所述衬底为高阻硅衬底;或是为玻璃衬底;或是为陶瓷衬底;或是为砷化镓衬底;所述支点构造为绝缘锚点。
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