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一种面向 物联网 驻波 能量收集的悬臂梁 微波接收机前端

阅读：1028发布：2020-05-22

专利汇可以提供一种面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明的面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端包括微波天线、基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器、充电电池、直流电源、低噪声放大器、混频器、本地振荡器、中频滤波器。本接收机使用微波天线接收微波信号，接收到的信号接入基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器进行滤波，同时实现驻波能量收集，并将能量储存于电池之中。而后信号进入低噪声放大器并被放大后，依次进入带有本地振荡器的混频器、中频滤波器实现中频输出。储存能量的电池与直流电源并联后，分别为低噪声放大器、混频器和本地振荡器供电。这种结构不仅实现了接收信号功能，而且能够收集驻波能量，改善电磁兼容环境，降低接收机前端的功耗，提高系统的稳定性。，下面是一种面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端，其特征在于，该面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端是由微波天线(1)、基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器(2)、充电电池(3)、直流电源(4)、低噪声放大器(5)、混频器(6)、本地振荡器(7)、中频滤波器(8)和中频输出(9)构成；具体结构的连接关系如下：微波天线(1)连接到基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器(2)的输入端，基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器(2)输出端与低噪声放大器(5)的输入相连接，低噪声放大器(5)的输出连接混频器(6)的一个信号输入端，本地振荡器(7)的输出端与混频器(6)的本地振荡信号输入端口相连，混频器(6)的输出端与中频滤波器(8)输入端相连，中频滤波器(8)的输出端得到微波接收机后端可处理的相对稳定的中频信号(9)；基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器(2)另一个输出端口连接充电电池(3)，充电电池(3)与直流电源(4)并联后，为低噪声放大器(5)，混频器(6)和本地振荡器(7)提供能量并实现自供电；所述的基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器(2)收集了驻波的能量并储存于充电电池(3)中，改善了电磁兼容环境。
2.根据权利要求1所述的面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端，其特征在于面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端具有基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器(2)；基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器(2)是由LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器(10)、第二LC可调带阻滤波器(11)、第一AC/DC转换模块(12-1)、第二AC/DC转换模块(12-2)、微波信号输入端口和微波信号输出端口构成；所述的LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器(10)、第二LC可调带阻滤波器(11)、第一AC/DC转换模块(12-1)和第二AC/DC转换模块(12-2)都为二端口网络；LC可调带通滤波器的输入端连接第一LC可调带阻滤波器(10)输入端；LC可调带通滤波器的输出端连接第二LC可调带阻滤波器(11)输入端；第一LC可调带阻滤波器(10)的输出端连接第一AC/DC转换模块(12-1)的输入端，第一AC/DC转换模块(12-1)的输出端连接充电电池(3)；第二LC可调带阻滤波器(11)的输出端连接第二AC/DC转换模块(12-2)的输入端，第二AC/DC转换模块(12-2)的输出端也连接充电电池(3)；所述的基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器的微波信号从LC可调带通滤波器和第一LC可调带阻滤波器(10)之间的微波信号输入端口输入，从LC可调带通滤波器和第二LC可调带阻滤波器(11)之间的微波信号输出端口输出；所述的第一LC可调带阻滤波器(10)和第二LC可调带阻滤波器(11)结构完全一样，其阻带的频域与LC可调带通滤波器通带的频域相同，形成互补，以收集LC可调带通滤波器两端的驻波能量。
3.根据权利要求2所述的基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器，其特征在于所述的LC可调带通滤波器包括平面电感L1、平面电感L2和电容式悬臂梁K1、电容式悬臂梁K2，电容式悬臂梁K1和平面电感L1一端相连构成为滤波器的输入端，电容式悬臂梁K1的另一端连接地，平面电感L1的另一端连接电容式悬臂梁K2和平面电感L2，平面电感L2的另一端接地，电容式悬臂梁K2另一端作为滤波器的输出端，通过控制电容式悬臂梁K1和电容式悬臂梁K2的下拉驱动电压能够调节接入的电容大小从而调节滤波器的通带频域。
4.根据权利要求2所述的基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器，其特征在于所述的第一LC可调带阻滤波器(10)和第二LC可调带阻滤波器(11)包括平面电感L2、平面电感L1和电容式悬臂梁K2、电容式悬臂梁K1；电容式悬臂梁K2和平面电感L2一端相构成为滤波器的输入端，电容式悬臂梁K2的另一端连接地，平面电感L2的另一端连接电容式悬臂梁K1和平面电感L1，平面电感L1的另一端接地，电容式悬臂梁K1另一端作为滤波器的输出端，通过控制电容式悬臂梁K1和电容式悬臂梁K2的下拉驱动电压能够调节接入的电容大小从而调节滤波器的通带频域，使得第一LC可调带阻滤波器(10)和第二LC可调带阻滤波器(11)的通带频段与LC可调带通滤波器两端的驻波信号频段相同，而两个结构完全一样的LC可调带阻滤波器阻带的频域与LC带通滤波器通带的频域相同，形成互补。
5.根据权利要求2所述的基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器，其特征在于所述的电容式悬臂梁K1、K2以硅为衬底(13)，在硅衬底(13)的上表面有下拉电极(14)，在硅衬底(13)的两端有第三段传输线(15)和第四段传输线(16)，在第四段传输线(15)的内侧上部有第二氮化硅介质层(17)，在下拉电极(14)上设有第一氮化硅介质层(18)，在第三段传输线(15)上有锚区(19)，锚区(19)与悬臂梁(20)的一端相连，悬臂梁(20)悬空在第一氮化硅介质层(18)和第二氮化硅介质层(17)的上方。

说明书全文

一种面向物联网 驻波 能量收集的悬臂梁 微波接收机前端

技术领域

[0001] 本发明提出了一种面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

[0002] 如今，物联网的概念在全世界范围内备受关注，人们希望通过科技的发展将各种信息传感设备与互联网结合起来。而作为物联网的核心组件之一，微波接收机前端起着极其重要的作用。传统的微波接收机前端一般包括微波天线、微波滤波器、低噪声放大器、混频器、本地振荡器和中频滤波器。然而传统的微波接收机前端逐渐不能满足物联网的发展要求，比如它内部滤波器的通带中心频率不可调，限制了接收机前端的使用范围；在滤波器频段外的微波信号会形成驻波，造成很强的电磁干扰。这严重的降低了系统的可靠性，限制了微波接收机前端的应用。近年来，随着科学界和工业界对MEMS技术的研究以及实验验证，使得面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端具有实现的可能。

发明内容

[0003] 技术问题：本发明的目的是提供一种面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端。接收机使用微波天线接收到的微波信号，接入基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器进行滤波，同时达到驻波能量收集，减少驻波电磁干扰的目的。滤波后的信号进入低噪声放大器放大后，依次进入混频器、中频滤波器，最终实现中频输出。

[0004] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端。该面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端包括：微波天线、基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器、充电电池、低噪声放大器、混频器、本地振荡器、中频滤波器、直流电源。

[0005] 微波天线，用来接收微波信号。

[0006] 基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器，是由LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器、第二LC可调带阻滤波器、第一AC/DC转换模块、第二AC/DC转换模块、微波信号输入端口和微波信号输出端口构成。其中LC可调带通滤波器由电容式悬臂梁K1、电容式悬臂梁K2和平面电感L1、平面电感L2构成，其中电容式悬臂梁K1和平面电感L1一端相构成为滤波器的输入端，电容式悬臂梁K1的另一端连接地，平面电感L1的另一端连接电容式悬臂梁K2和平面电感L2，平面电感L2的另一端接地，电容式悬臂梁K2另一端作为滤波器的输出端，通过控制电容式悬臂梁K1和电容式悬臂梁K2的下拉驱动电压能够调节接入的电容大小从而调节滤波器的通带频域。第一LC可调带阻滤波器和第二LC可调带阻滤波器由电容式悬臂梁K1、电容式悬臂梁K2和平面电感L1、平面电感L2构成，其中电容式悬臂梁K2和平面电感L2一端相构成为滤波器的输入端，电容式悬臂梁K2的另一端连接地，平面电感L2的另一端连接电容式悬臂梁K1和平面电感L1，平面电感L1的另一端接地，电容式悬臂梁K1另一端作为滤波器的输出端，通过控制电容式悬臂梁K1和电容式悬臂梁K2的下拉驱动电压能够调节接入的电容大小从而调节滤波器的通带频域。其中第一LC可调带阻滤波器和第二LC可调带阻滤波器结构完全一样，其阻带的频域与LC带通滤波器通带的频域相同，形成互补，第一LC可调带阻滤波器和第二LC可调带阻滤波器的通带频域与驻波信号的频域相同，可以收集LC可调带通滤波器两端的驻波能量，并且能够实现滤波器滤波频段可调。

[0007] 充电电池，将第一AC/DC转换模块和第二AC/DC转换模块得到的直流电压能量储存在电池之中，同时与直流电源并联，给有源电路实现自供电。

[0008] 低噪声放大器，放大输入的微波信号，并接入混频器。

[0009] 混频器，通过与本地振荡器混频，将微波信号变换为中频微波信号。

[0010] 本地振荡器，产生本地振荡信号。

[0011] 中频滤波器，滤波后输出中频信号。

[0012] 本发明具有如下有益效果：本发明相对于现有的微波接收机具有以下优点：1.本发明的面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端中包含基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器。所述的滤波器只需要简单的控制电容式悬臂梁的下拉驱动电压的大小，就可以调节滤波器的滤波，不仅操作简单，而且效果明显。此外，本发明中的两个结构完全一样的LC可调带阻滤波器阻带的频域与LC带通滤波器通带的频域相同，形成互补，LC可调带通滤波器的通带频段外的微波信号在其两端形成驻波，LC可调带阻滤波器10和LC可调带阻滤波器11的通带频段与驻波信号频段相同，可以收集LC可调带通滤波器两端的驻波，并利用AC/DC转换模块转换成直流电压，最终存储在充电电池中，在滤波的同时，也改善了电路的电磁兼容环境。

[0013] 2.充电电池与直流电源并联，给有源电路部分实现自供电。附图说明

[0014] 图1为本发明的面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端的原理框图；

[0015] 图2是基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器的结构框图；

[0016] 图3是LC可调带通滤波器的原理图；

[0017] 图4是第一、第二LC可调带阻滤波器的原理图；

[0018] 图5是LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器和第二LC可调带阻滤波器中的电容式悬臂梁的俯视图；

[0019] 图6是LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器和第二LC可调带阻滤波器中的电容式悬臂梁的BB’面剖面图；

[0020] 面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端的原理框图中包括：微波天线1，基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器2，充电电池3，直流电源4，低噪声放大器5，混频器6，本地振荡器7，中频滤波器8，中频输出9。基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器2由LC可调带通滤波器，第一LC可调带阻滤波器10，第二LC可调带阻滤波器11，第一AC/DC转换模块12-1，第二AC/DC转换模块12-2，微波信号输入端口，微波信号输出端口，LC可调带通滤波器和LC可调带阻滤波器均由平面电感L1、L2和电容式悬臂梁K1、K2构成。电容式悬臂梁由硅衬底13、下拉电极14、第一段传输线15、第二段传输线16、第二氮化硅介质层17、第一氮化硅介质层18、锚区19和悬臂梁20构成。

具体实施方式

[0021] 本发明的面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端的具体实施方案如下：

[0022] 本发明提出面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端包括：微波天线1，基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器2，充电电池3，直流电源4，低噪声放大器5，混频器6，本地振荡器7，中频滤波器8，中频输出9。基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器2由LC可调带通滤波器，第一LC可调带阻滤波器10，第二LC可调带阻滤波器11，第一AC/DC转换模块
12-1，第二AC/DC转换模块12-2，微波信号输入端口，微波信号输出端口，LC可调带通滤波器和LC可调带阻滤波器均由平面电感L1、L2和电容式悬臂梁K1、K2构成。电容式悬臂梁由硅衬底13、下拉电极14、第一段传输线15、第二段传输线16、第二氮化硅介质层17、第一氮化硅介质层18、锚区19和悬臂梁20构成。

[0023] 如图1所示，微波天线1接收到微波信号，该信号经过基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器2后，在实现滤波的同时，带通滤波器两端形成的驻波能量会被两端的带阻滤波器的滤波器吸收。而后信号到达下一级的低噪声放大器5，被放大的微波信号经过混频器6，使该微波信号下变频到中频，在经中频滤波器8滤波后，便可得到可以处理的中频信号9。基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器2的AC/DC转换模块分别连接充电电池3，充电电池3与直流电源4并联后，共同为低噪声放大器5，混频器6，本地振荡器7提供能量。

[0024] 如图2所示，所述的基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器2包括LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器10、第二LC可调带阻滤波器11、第一AC/DC转换模块12-1、第二AC/DC转换模块12-2、微波信号输入端口和微波信号输出端口。其中两个结构完全一样的LC可调带阻滤波器10和11阻带的频域与LC可调带通滤波器通带的频域相同，形成互补，LC可调带通滤波器的通带频段外的微波信号在其两端形成驻波，第一LC可调带阻滤波器10和第二LC可调带阻滤波器11的通带频段与驻波信号频段相同，可以收集LC可调带通滤波器两端的驻波。

[0025] 如图3所示，所述的LC可调带通滤波器由平面电感L1、平面电感L2和电容式悬臂梁K1、电容式悬臂梁K2构成。其中电容式悬臂梁K1的一端作为微波信号输入端口，另一端连接平面电感L1，电容式悬臂梁K1的金属pad连接地，平面电感L1的另一端与平面电感L2、电容式悬臂梁K2相连，平面电感L2的另一端接地，电容式悬臂梁K2的另一端悬空，电容式悬臂梁K2的金属pad引线作为滤波器的输出端，通过控制电容式悬臂梁K1和电容式悬臂梁K2的下拉驱动电压能够调节接入的电容C1、C2的大小从而调节滤波器的通带频域。

[0026] 如图4所示，所述的第一LC可调带阻滤波器10和第二LC可调带阻滤波器11由平面电感L2、平面电感L1和电容式悬臂梁K2、电容式悬臂梁K1构成。其中电容式悬臂梁K2的一端作为微波信号输入端口，另一端连接平面电感L2，电容式悬臂梁K2的金属pad连接地，平面电感L2的另一端与平面电感L1、电容式悬臂梁K1相连，平面电感L1的另一端接地，电容式悬臂梁K1的另一端悬空，电容式悬臂梁K1的金属pad引线作为滤波器的输出端，通过控制电容式悬臂梁K1和电容式悬臂梁K2的下拉驱动电压能够调节接入的电容大小从而调节滤波器的通带频域。

[0027] 图5是LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器10和第二LC可调带阻滤波器11中的电容式悬臂梁的俯视图，图6是LC可调带通滤波器、第一LC可调带阻滤波器10和第二LC可调带阻滤波器11中的电容式悬臂梁的BB’面剖面图。所述的电容式悬臂梁K1、K2以硅为衬底13，在硅衬底13的上表面有下拉电极14，在硅衬底13的两端有第三段传输线15和第四段传输线16，在第四段传输线15的内侧上部有第二氮化硅介质层17，在下拉电极14上设有第一氮化硅介质层18，在第三段传输线15上有锚区19，锚区19与悬臂梁20的一端相连，悬臂梁20悬空在第一氮化硅介质层18和第二氮化硅介质层17的上方。

[0028] 本发明的不同之处在于：

[0029] 本发明的面向物联网自供电的悬臂梁微波接收机前端包含基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器。基于悬臂梁的驻波能量收集可调滤波器使用LC可调带通滤波器对微波信号进行滤波，LC可调带通滤波器滤波频段外的微波信号会在其两端形成驻波信号，LC可调带阻滤波器10和LC可调带阻滤波器11的通带频段与驻波信号频段相同，可以收集LC可调带通滤波器两端的驻波，并利用AC/DC转换模块转换成直流电压，最终存储在充电电池中，而两个结构完全一样的LC可调带阻滤波器阻带的频域与LC带通滤波器通带的频域相同，形成互补，此设计在滤波的同时，也改善了电路的电磁兼容环境。

[0030] 本发明的面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端包含充电电池3。充电电池3与直流电源4并联后，为低噪声放大器5，混频器6，本地振荡器7供电，实现有源电路的自供电。

[0031] 满足以上条件的结构即可视为本发明的面向物联网驻波能量收集的悬臂梁微波接收机前端。

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