射频微机械开关的计算机辅助设计

应用计算机辅助设计(CAD)方法模拟设计一种射频微机械(RF-MEMS)开关.用Agilent ADS软件模拟分析了共面波导的传输线损耗和MEMS开关的等效电路模型,并应用ANSYS软件模拟开关的驱动电压,得到了35GHz工作频率的并联电容式MEMS开关一些有意义的理论分析结果.     

悬臂式RF MEMS开关的设计与研制

介绍了一种制作在低阻硅(3～8Ω*cm)上的悬臂式RF MEMS开关.在Cr/Au CPW共面波导上,金/SiOxNy/金三明治结构或电镀金作为悬置可动臂,静电受激作为开关机理.当开关处于"关断"态,其隔离度小于-35dB(20～40GHz);阈值电压为13V;开关处于"开通"态,插入损耗为4～7dB(1～10GHz),反射损耗为-15dB.另外,还分析了开关的悬臂梁弯曲度与驱动电压的关系,并应用ANSYS软件对开关进行了电学、力学及耦合特性的计算机模拟.     

悬臂式RF MEMS开关的设计与研制

介绍了一种制作在低阻硅(3～8Ω·cm)上的悬臂式RF MEMS开关.在Cr/ Au CPW共面波导上,金/Si Ox Ny/金三明治结构或电镀金作为悬置可动臂,静电受激作为开关机理.当开关处于“关断”态,其隔离度小于- 35 d B(2 0～4 0 GHz) ;阈值电压为13V ;开关处于“开通”态,插入损耗为4～7d B(1～10 GHz) ,反射损耗为- 15 d B.另外,还分析了开关的悬臂梁弯曲度与驱动电压的关系,并应用ANSYS软件对开关进行了电学、力学及耦合特性的计算机模拟     

X波段MEMS膜开关的阻抗分析模型

射频微机械(RF MEMS)开关由于其优越的高频特性在微波和毫米波电路中表现出巨大的应用前景.但是目前对微机械开关的研究主要都集中在开关梁的结构设计和力学分析上,对开关的电磁特性的研究,尤其是开关高频阻抗匹配分析的研究与验证比较少.本文在高频传输线研究的基础上,推导出微机械开关的“开态”阻抗匹配模型,并利用HFSS软件对开关的高频特性进行模拟.其结果有助于设计高性能的RF MEMS开关.     

开关点电可调节的MEMS冲击加速度锁定开关

介绍了一种基于机电耦合原理的新型冲击加速度MEMS开关.此开关的阈值开关点可以通过偏置电压的改变进行调节设置,同时具有自锁定功能.文中分析了这种开关的准静态加速度静力学平衡条件和在阶跃冲击加速度输入情况下的响应特性,并通过CoventorWare软件模拟,得到悬臂梁型开关在各种加速度输入信号(阶跃、脉冲和半正弦)情况下的瞬态响应过程.开关的实际阈值范围为1000~5000g,响应速度小于60μs.采用MEMS技术制造开关,并通过冲击加速度测试验证了设计结果.     

开关点电可调节的MEMS冲击加速度锁定开关

介绍了一种基于机电耦合原理的新型冲击加速度MEMS开关.此开关的阈值开关点可以通过偏置电压的改变进行调节设置,同时具有自锁定功能.文中分析了这种开关的准静态加速度静力学平衡条件和在阶跃冲击加速度输入情况下的响应特性,并通过CoventorWare软件模拟,得到悬臂梁型开关在各种加速度输入信号(阶跃、脉冲和半正弦)情况下的瞬态响应过程.开关的实际阈值范围为1000~5000g,响应速度小于60μs.采用MEMS技术制造开关,并通过冲击加速度测试验证了设计结果.     

基于RF MEMS开关的可重构PA设计

介绍了一种结合MEMS开关实现多频带PA的方法,通过电磁场分析软件对RF MEMS串联开关进行模拟和仿真,在此基础上设计实现了一种双频带PA电路,在所设计的两个频带内,功放都有较高效率及输出功率,这种多频带PA可用于未来多频带应用的移动终端中.     

软件无线电中RF-MEMS元件

本文分析了软件无线电系统中的MEMS(Micro-Electric-Machine-Systems)解决方案、及其可应用于软件无线电系统中的MEMS器件,主要有对称锥形弯曲缝隙微带天线、用于G波段的微尺度宽频天线、微机械自适应帖片天线、高Q值、双频段MEMS开关、薄膜体声波谐振器、腔结构微机械谐振器、分布式MEMS传输线微机械滤波器等典型的MEMS器件,这些器件克服了普通射频器件体积大,功耗高等缺点,有望在软件无线电系统中得到应用。最后,对MEMS器件在软件无线电系统中的应用做了展望。     

高隔离度宽频带MEMS双膜桥开关

利用一种新型双边加直流驱动电极的电容耦合式MEMS并联膜开关与直接接触式并联膜开关进行级联,形成MEMS双膜开关.通过对其尺寸和结构的优化,降低开关阈值电压,Coventor软件模拟表明,开关的阈值电压小于20V;通过对其匹配设计改善开关的高频性能,HFSS软件模拟的结果表明,在DC～20GHz整个频带内,开关的插入损耗优于-0.1dB,反射损耗低于-30dB,隔离度低于-20dB,在 谐振点处隔离度能达到-40dB.     

一种雪花型MEMS单刀五掷开关的研究与设计

针对MEMS单刀多掷(SPMT)开关插入损耗及隔离度较差的问题,设计了一种基于雪花型功分器的单刀五掷(SP5T)MEMS开关,通过雪花型功分器实现信号的均衡分配和低损耗传输。通过设计H形上电极结构,有效减小开关弱接触,增强开关接触稳定性,实现信号的高隔离。采用HFSS仿真软件,对开关的插入损耗、隔离、驱动电压和应力分布进行了设计,并结合COMSOL软件对开关进行了机械性能分析。结果表明,在1~20 GHz频段内,五个端口插入损耗在0.2 dB@20 GHz以下,隔离度在23 dB @20 GHz以上,驱动电压为24 V。这些指标均优于常规SPMT开关。该SP5T MEMS开关可应用于多任务、多通道可调谐器件中,在无线通信、微波测试系统中具有应用价值。     

一种L~E波段的A型上电极MEMS单刀三掷开关设计

针对单刀多掷开关(SPMT)在相控阵雷达、宽带收发器中用于切换滤波器和传输线时需要满足宽频带、高隔离度的性能需求,设计了一种宽频带、高隔离度的MEMS单刀三掷开关(SP3T)。通过ANSYS电磁仿真软件中的HFSS模块对MEMS SP3T开关进行优化,利用COMSOL软件对上电极的机械性能进行仿真。仿真结果表明,所设计的MEMS SP3T开关可工作在1~90 GHz的频带内,且插入损耗小于1 dB@90 GHz,隔离度大于35 dB@90 GHz,其整体体积约为0.75 mm³。     

X波段MEMS分布式移相器开关机电性能研究

介绍一种应用于X波段MEMS分布式移相器的新型单元开关。MEMS分布式移相器具有高品质因数、低插损、低功耗和高隔离度的优点,但由于传统MEMS开关采用固支梁结构,弹性系数过大,下拉电压过高,无法与传统电子系统相兼容,大大限制了其应用和发展。基于此设计一种新型单元开关,采用弹性弯曲结构取代传统固支梁结构,并在MEMS金属梁上刻蚀释放孔,极大降低了单元开关的弹性系数,从而实现了超低下拉电压6V。通过理论分析,给出MEMS开关弹性系数、下拉电压的解析公式,并使用ANSYS进行了仿真分析。     

RF MEMS开关失效因素的COMSOL仿真

针对RF MEMS开关的可靠性问题,利用有限元软件COMSOL,对悬臂式RF MEMS开关周围的电场分布,开关上的电荷分布和本征频率进行了分析;并研究了在静电场和结构力场耦合作用下悬臂梁的内应力情况,找出开关损坏的可能部位,探索RF MEMS失效的机理,为悬臂式RF MEMS开关的优化改进提供理论依据。     

基于微机电系统开关的四位移相器设计

为了解决相控阵雷达小型化和低损耗的问题,设计了一个工作频率为2.2 GHz的射频微机电系统(MEMS)四位开关线型移相器。首先分析了直接接触式MEMS串联开关的插入损耗和隔离度,并得到仿真结果。在此基础上设计了基于该开关的移相范围为0~180o的四位移相器电路,相移量为12o每步。采用HFSS软件对其进行仿真,得到移相精确度、插入损耗和隔离度等关键结果,移相器工作在2.2 GHz时,隔离度大于20 dB,插入损耗小于1 dB。该设计与传统移相器相比体积更小,且具有更小的插入损耗和更大的隔离度。     

基于SP4T开关的4位MEMS开关线式移相器设计

设计了一款4位MEMS开关线式移相器,由SP4TMEMS开关和微带传输线构成,工作于X波段。单刀四掷(single pole 4throw,SP4T)开关用于切换两条不同电长度的信号通道,即参考相位通道和延迟相位通道。每个SP4T开关包含4个悬臂梁接触式RF MEMS串联开关。介绍了4位MEMS开关线式移相器的总体设计,并给出了其关键部件SP4T开关和相位延迟线的设计细节。采用ADS软件仿真分析了器件的电气性能。仿真分析得到:SP4T开关在中心频率10GHz处的回波损耗为-36dB,插入损耗约为0.18dB;移相器各相位的回波损耗均低于-15dB,插入损耗为-0.8～-0.4dB。这种射频MEMS移相器具有小型化、低功耗和高隔离度的优点。     

全光通信用MEMS光开关

在简要介绍了硅微加工技术的基础上,详细介绍了微透镜和微反射镜两种MEMS光开关的结构和工作原理。从发展和实用的角度对典型的波导调制型MZI光开关和MEMS光开关的特性进行了比较,展望了MEMS光开关在未来全光通信中的应用前景。     

RF MEMS技术对小型化雷达的作用

该文采用至上而下的方式,介绍了应用RF MEMS技术的雷达系统,将雷达子系统与RF MEMS技术联系起来,具体分析了应用于雷达的RF MEMS开关、移相器、滤波器和谐振器。同时,文中以开关和移相器为例,讨论了如何提高RFMEMS雷达的性能:修改空气桥形状可以提高RF MEMS收发(T/R)组件的功率处理能力,从而减少雷达相控阵的T/R组件数量;缩短转换时间的RF MEMS移相器能够应用于高速电扫描阵列;蜿蜒型5位分布式MEMS传输线移相器面积仅为5.36mm×4.72mm,相比传统移相器长度降低70%,易于实现雷达阵列的小型化。     

基于RF MEMS开关的新型双频带功率放大器

RF MEMS开关具有低损耗、低功耗、尺寸小和易于集成等优点而被广泛应用于各种可重构射频电路及系统中。通过分析比较电容并联式和串联式RF MEMS开关两种电路结构的射频性能,设计了一种基于RF MEMS开关的新型功率放大器,使用RF MEMS开关控制匹配网络来实现双工作频带的转换。结果表明,设计的功率放大器在2.35GHz和1.25GHz两个工作频带下,功率附加效率(PAE)和输出功率(Pout)可分别达到72%、67%及40.8、42.7dBm。该功率放大器具有较高的功率附加效率和输出功率,适用于多频带的射频系统,对RF MEMS器件在可重构系统中的应用具有一定参考价值。     

串并联RF MEMS开关的微波传输特性仿真研究

分别建立了串联悬臂梁、并联电容MEMS开关的结构模型和等效电路模型,利用其模型研究了开关的微波传输性能,在结构、工艺及驱动机制上作了比较。