微波MEMS滤波器的研究进展

图4、二维MEMS可调周期性缺陷接地（PDGS）谐振器结构

图5、MEMS器件的发展状况，横条上所注为提供产品的公司

MEMS开关的性能是整个MEMS开关可调滤波器的关键，然而，MEMS开关仍存在很多的问题，例如：直流驱动电压（5V～60V）要求过高、使用寿命有限、开关速度过慢等。MEMS开关可调滤波器要实现产业化，还得有一段路程要走。图5是BouchaudJ等人对MEMS器件的发展态势的评估图，可以看出，各类MEMS器件正逐步走向产业化。随着MEMS开关器件的发展成熟，MEMS开关可调滤波器将在微波通信领域发挥巨大的作用。

1.2、MEMS可变电容可调滤波器

采用MEMS开关的可调滤波器所能调节的频率范围是离散的值，这限制了MEMS开关可调滤波器的使用范围。而采用可变电容的MEMS可调滤波器可以实现频率的连续调节。

MEMS可变电容可调滤波器的研究也逐渐成为MEMS滤波器的一个热点。Hong.Teuk Kim等人采用悬臂式MEMS可变电容实现了两个Ka波段的可调带通滤波器，可调范围分别是4.2%（26.6GHz）和2.5%（32GHz），通带插人损耗分别为4.9dB和3.8dB。A1-Ahmad.M等人提出的耦合微带上的LTCC（低温烧结陶瓷）带通滤波器，使用压电材料设计的MEMS可变电容，频率调节范围从1.1GHz-2.6GHz，插入损耗在2dB-4dB之间。

目前，国际上报道的MEMS可变电容可调滤波器的损耗一般比MEMS开关可调滤波器大，并且MEMS可变电容发展目前还不成熟（如图5所示）。因此，要得到性能优越的连续可调滤波器，还得期待MEMS技术的进一步发展。

2、非调节MEMS滤波器

非调节MEMS滤波器按工作原理可以划分为两类：（1）MEMS谐振器；（2）基于MEMS工艺的RLC调谐滤波器。MEMS谐振器有机械式谐振器和介质谐振器两大类。用MEMS机械式谐振器制作的滤波器虽然性能优异，但是其应用频率范围在100MHz范围以内，在此不做后续讨论。MEMS介质谐振器主要有体声波器件（BAW）和SMR型器件，由于SMR型器件还存在很大的技术和工艺方面问题，这里不做详细讨论。下面主要讨论MEMS介质谐振器中相对比较成熟的薄膜体声波谐振器（FBAR）。

2.1、薄膜体声波谐振器（FBAR）

薄膜体声波谐振器（FBAR）的结构如图6所示，它由3个基本单元构成：产生谐振的压电薄膜、施加电场的电极以及建立驻波的反射面。输入的电信号由压电薄膜的逆压电效应转化为声信号；当声波在上下界面内谐振时，阻抗表现为最大值（并联谐振）或最小值（串联谐振）；最后由压电薄膜的压电效应将声信号转化为电信号输出。谐振频率上的声波损耗最小，只能使特定频率的波通过，通过级联可以实现带通滤波器。

图6、薄膜体声波谐振器（FBAR）结构示意图

FBAR滤波器的Q值数量级可以达到一千以上，它能够处理2W 以上的输出功率，具有很强的功率处理能力；同时，FBAR可以实现单片集成，这是一些常用的射频滤波器如陶瓷滤波器、SAW（表面声波滤波器）所不具有的优势。表1列出了几种滤波器的比较：

表1、几种滤波器的比较