基于MEMS技術的微波濾波器研究進展

圖6 玻璃襯底上的6.5~10 GHz 頻段數字可調濾波器

利 用兩個λ/4 共面波導諧振器，E. Fourn 等人[15]還設計了一種兩階數字可調帶通濾波器。諧振器與終端開路的短截線間的可變串聯(lián)電容由懸臂梁式MEMS 開關實現。當懸臂梁被下拉的時候，由于諧振器的電容部分發(fā)生改變，諧振頻率也發(fā)生變化。MEMS 開關處于上拉狀態(tài)時，濾波器中心頻率是21.05 GHz，3 dB 帶寬為14%，插入損耗為3.5 dB；當開關下拉時，中心頻率移到18.5 GHz，3 dB 帶寬為13%，插入損耗為3.8 dB。

以上MEMS 可調濾波器，由于僅用一種可變容性電抗元件來達到頻率調諧的目的，可調電感無法同時實現，也未能充分利用基于CPW周期性結構的微波/毫米波的 慢波特性，因此其可調范圍有限。J. H. Park 等人報道了一種利用分形自相似結構來實現的低損耗可重構低通濾波器，將通帶頻段推向了毫米波段，它是通過同時利用可調電感和電容實現的。該濾波器 基于20 世紀80 年代美國科學家B. B. Mandelbrot 提出的分形理論，是一種按比例縮小/放大的自相似結構，從而達到多頻段上實現可重構濾波的目標。圖7 是制作的利用可調電感和電容獲得的RF MEMS 可調低通濾波器。該濾波器采用單一驅動的多觸點MEMS 開關實現濾波器重構的控制，使總的開關數目得以減小，也有效地降低了器件的插入損耗，并使得器件的整體尺寸得以減小。制備的濾波器3 dB 截止頻率從67 GHz重構到28 GHz。

圖7 分形可重構低通MEMS 濾波器

另外，通過將傳輸線諧振器做成“U”形以減小器件尺寸，A. Ocera 等人制作了新穎的MEMS可調發(fā)夾線型濾波器，如圖8。該濾波器制作在525 μm 厚的高阻硅襯底上，通過10 個歐姆接觸式MEMS 懸臂梁開關給發(fā)夾型濾波器的諧振器U 型分支增加傳輸線長度，來改變諧振器的開路短截線的長度，從而得到濾波器諧振頻率的可調。濾波器在6.2 GHz 頻率上有15%的帶寬，并有著10%的調節(jié)范圍，插入損耗和回波損耗分別為4.5 dB 和17 dB。

圖8 MEMS 可調發(fā)夾型數字可調濾波器

除了上面的單刀單擲MEMS 開關實現的MEMS可調濾波器外，也有單刀多擲MEMS 開關實現的MEMS 可調濾波器的報道。I. C. Reines 等人利用單刀三擲開關設計了Ku 波段開關型可調帶通濾波器。濾波器可調中心頻率分別為14.9、16.2、17.8 GHz，在中間頻段插入損耗小于2 dB，帶寬約7.7%，三個頻段的回波損耗優(yōu)于10 dB。另外，為了適應復雜環(huán)境( 例如要求高的隔離度) ，B. Pillans等人設計制作了級聯(lián)的低通和高通濾波單元，實現了中心頻率和帶寬均可調的帶通濾波器。濾波器在6~15 GHz 內實現了可調，帶外衰減快( 40 dB/GHz) ，隔離度大于50 dB。但它的插入損耗較大( 4~11 dB) 。

4、結語

基于MEMS技術的濾波器是現在RF系統(tǒng)中的一個關鍵MEMS 器件。借助于MEMS 加工技術的進步及與射頻/微波技術的結合，MEMS 濾波器的研究得到了快速的發(fā)展。MEMS 濾波器從RF 到毫米波段有很高的Q值、插入損耗低、線性好，適應現代日益復雜的RF 環(huán)境要求。其中，可調MEMS 濾波器的開發(fā)，有著更為迫切的現實意義，它有利于開發(fā)可調諧的收發(fā)模塊，以改善多信道收發(fā)系統(tǒng)的性能，從而為新一代無線通信系統(tǒng)的開發(fā)起著不可或缺的積極 作用。