微机械传输线的毫米波应用

以几种典型的毫米波波段微机械传输线结构为研究对象，讨论了近几年的最新研究成果，包括微带、带状线、开放和封闭的共面波导。微机械传输线能够充分降低介质损耗，具有传输损耗小、工作频带宽、色散小、制作工艺能与传统集成电路工艺兼容等特点，是毫米波波段平面集成传输线应用的首选技术方案，同时微机械传输线的出现为毫米波单片集成电路以及毫米波系统的微型化提供了解决方案。     

基于复合基底微机械微带特性研究

研究了一种复合基底微机械微带,通过理论推导得出微机械微带的特性计算表达式。首先用计算机模拟该微机械微带的性能,再用表面微细加工工艺加工了该微机械微带模型,最后用安捷伦矢量网络分析仪器测试模型,得出该微带在100GHz内无色散,最大损耗小于2dB。该微机械微带利于集成、尺度微小,可应用在微波、毫米波通信系统(器件)中,克服了常规微带在高频工作时色散严重、损耗大等缺点。     

MEMS铜基微同轴传输线性能仿真及测试

研究了一种新型的MEMS超宽带铜基微同轴传输系统。设计了特性阻抗为50Ω铜基微同轴传输线结构,其仿真电压驻波比(VSWR)在DC～110 GHz内低于1.15。且设计了可用于探针台测试和芯片金丝键合的地-信号-地(GSG)转接结构,仿真插入损耗低于0.1 dB。采用该微同轴结构和GSG转接结构设计了用于探针台测试的直通-反射-传输线(TRL)校准套件,利用薄膜工艺加工得到了铜基微同轴传输线及校准件实物,通过实验测试得到该微同轴传输线DC～40 GHz最大插入损耗为0.35 dB/cm,通过仿真拟合推算其110 GHz下的插入损耗约为0.65 dB/cm,该插入损耗性能显著优于平面印刷传输线,同时,该微同轴传输线的体积远小于波导传输结构,可以用于研制小型化、高性能、高集成密度微波/毫米波系统。     

基干微屏蔽线的140GHz低通滤波器研究

微屏蔽传输线是一种采用薄膜支撑的传输线结构,具有损耗小、阻抗可变范围大的特点。利用保角变换的方法对微屏蔽线单位长度的电容进行了分析,给出了单位电容值与相对介电常数、特征阻抗的关系。利用阶跃阻抗的结构,设计一个5阶的带内波纹为0.5dB、截止频率为140Gz的切比雪夫低通滤波器,并用HFSS仿真分析其传输特性,在滤波器的末端串联短接式短截线结构增强其带外抑制作用。     

基于微屏蔽线的140GHz低通滤波器研究

微屏蔽传输线是一种采用薄膜支撑的传输线结构,具有损耗小、阻抗可变范周大的特点。利用保角变换的方法对微屏蔽线单位长度的电容进行了分析,给出了单位电容值与相对介电常数、特征阻抗的关系。利用阶跃阻抗的结构．设计一个5阶的带内波纹为0．5dB、截止频率为140CHz的切比雪夫低通滤波器,并用HFSS仿真分析其传输特性,在滤波器的末端串联短接式短截线结构增强其带外抑制作用。     

空心硅通孔的设计及其传输性能

硅通孔(TSV)能够实现信号的垂直传输,是微系统三维集成中的关键技术,在微波毫米波领域,硅通孔的高频传输特性成为研究的重点。针对微系统三维集成中,无源集成的硅基转接板的空心TSV垂直传输结构低损耗的传输要求,进行硅通孔的互连设计和传输性能分析。采用传输线校准方式,首先在硅基转接板上设计TSV阵列接地的共面波导(CPW)传输线和带TSV过孔的传输结构,并分别进行仿真分析,计算得出带TSV过孔的传输结构的插入损耗;然后通过后道TSV工艺,在硅基转接板上制作传输线和带TSV过孔的传输结构,用矢量网络分析仪法测试传输线和带TSV过孔的传输结构的插入损耗;最后计算得到单个TSV过孔的插入损耗,结果显示在0.1～30 GHz频段内其插入损耗S21≤0.1 dB,实现了基于TSV的低损耗信号传输。     

硅基微机械微波传输线的制备与特性分析

介绍了三种硅基微机械波传输线：矩形波导、V型槽及W型槽共平面波导,及其三种传输线的制备工艺流程。分析认为,制备方法不同,导致传输线结构、特性阻抗、插入损耗等特性亦不同。     

基于复合左右手传输线的超宽带滤波器设计

本文基于复合左右手传输线理论提出了一种设计超宽带滤波器的新方法。该方法从传输的幅度和相位出发,利用微带线结构构建复合左右手传输线,通过控制复合传输线的左手响应频率和右手响应频率来构建微波带通结构。通过在微带线上采用缺陷地板结构物理上实现负等效介电常数,得到低通特性;采用微带线加载交指电容实现负等效磁导率,得到高通特性。最终通过将两种情况组合,构建具有较强左手特性和较弱右手特性的复合传输线,完成基于微带线结构的超宽带滤波器设计。文中给出的仿真结果和实测结果吻合良好,有利的证明了该方法的有效性和实用性。     

微流体系统中沸腾特性的研究进展

通过分析微流体系统沸腾过程中两相流流型、压降特性和传热特性三个关键问题,总结了微流体系统中沸腾特性的研究进展。分散流、间歇流和环状流是微通道的三类基本流型。流型和传热分析中考虑了壁面润湿性、表面粗糙度及表面缺陷等因素。提出了横跨大尺度到微尺度的综合型流型图和压降预测方法的基本构想。微尺度相变传热领域还需要在流型转化界限、传热分区及预测、临界热流密度等方面进行深入研究,对新型通道结构、新的混合流体和新的应用背景下的特殊流体进行更为广泛的讨论,为微蒸发器的设计、制造及运行提供参考。     

CRLH-TL引领未来多频带小型化低损耗传输新变革

文章从左右手复合传输线(CRLH-TL)的机理出发,以传输特性为依据,阐述了其与传统平面传输线的相位响应区别,揭示了构成的左手传输线(LH-TL)的正向非线性及右手传输线(RH-TL)的负向线性传输特性导致的任意两个频率下四分之波长独特的响应及任意一个频率下的零度响应特征。根据这一原理,论证了不同于传统CRLH-TL而体现高选择性的T形双频带传输线和高设计灵活性的多频带传输网络的优越特性。上述不同结构的传输线分别应用于双频带威尔金森功分器和三频带的吉赛尔功分器两种无源器件的设计,证实了CRLH-TL具有实现多频带、小型化、低损耗传输的优异特性,为CRLH-TL引领未来小型化低损耗传输新变革提供了强有力的理论及实验依据。     

微尺度下新型MEMS滤波器的研究

分析了MEMS共面波导结构,在MEMS共面波导的基础上设计了一种MEMS滤波器,研究了它的电磁学、热应力等微尺度效应.在这些微尺度条件下分析了器件的相关性能,这些参数为获取实际的MEMS滤波器提供了一些有意义的数据.若改变设计参数,可获取其它同类型的带阻、带通滤波器件,为无线通信中的MEMS器件研究在材料选择、器件设计等方面提供了一些理论依据及其实际经验.     

共面波导结构MEMS滤波器的设计

设计了一种基于共面波导结构的 MEMS 带阻滤波器。利用计算机软件 HFSS 模拟出滤波器的带阻中心频率约为 22 GHz、损耗 19.86 dB、阻带宽度为 5 GHz,而设计大小仅为 1 000 μm×1 100 μm×400 μm。只需改变设计参数,即可获取其它频段的带阻滤波器。该滤波器具有阻带高、插入损耗低、尺寸微小、加工容易等特点。在微尺寸条件下分析了滤波器结构的热应力特性,利用大型有限元软件 ANSYS 模拟表明在–50~+80℃的温度范围内,结构不会产生变形,表明了器件有良好的可靠性。     

基于MEMS共面波导腔的带阻滤波器的设计

应用计算机辅助设计了一种基于共面波导结构的MEMS带阻滤波器.研究了微尺度电磁学、力学、温度等效应.利用ANSOF的HFSS软件模拟分析了滤波器的损耗参数,并应用ANSYS软件分析复合结构的热应力分布,得出了阻带中心频率在18GHz的MEMS带阻滤波器件,提供了一些有意义的理论分析及应用.     

微波MEMS移相器的特性分析与实现

从移相器的基本原理出发,分别介绍了开关线型、耦合器型和加载线型三种采用微机械加工技术制备而成的微波MEMS移相器的结构特点和工作原理。在此基础上,设计制备了CPW分布式加载线型MEMS移相器,并进行测试和分析,结果表明MEMS移相器较传统的移相器有微型化、低损耗、低成本、宽带等突出优点。     

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.     

高隔离度S波段MEMS膜桥开关

常规的 MEMS膜桥开关在 1 0 GHz以上频段才具有低插损、高隔离度 (>2 0 d B)的优点。文中介绍了一种应用于微波低频段—— S波段的高隔离 MEMS膜桥开关 ,给出了开关的设计与优化方法 ,建立了开关的等效电路模型。通过双膜桥结构、选择高介电常数的介质膜、微电感结构膜桥这些措施 ,达到提高开关隔离度的目的。利用 HFSS软件仿真的结果表明 ,该开关在微波低频段 (3～ 6GHz)有着很好的隔离性能。开关样品在片测试的电性能指标 :插损 <0 .3 d B,隔离度 >40 d B,驱动电压 <2 0 V     

终端式MEMS微波功率传感器的结构模拟

在工艺流程以及材料选择的基础上,用Coventorware和HFSS对间接加热终端式MEMS微波功率传感器进行了模拟与设计。模拟结果包括共面波导(CPW)与终端电阻上的温度分布,以及热电堆的接近对CPW性能的影响。确定了热偶对数为50,热电堆与CPW之间的距离为50μm,并选择了GaAs和Au作为热电偶的两臂,TaN作终端电阻。     

一种新型叉指式共面波导的设计与制作

设计制作了一种新型叉指式共面波导传输线并对其性能进行了初步的研究。通过微加工技术加厚的接地线可以减少传输线平行部分之间的相互干扰,仿真和测试表明在5~20GHz范围内其回波损耗有两个极小值,极小值的位置随传输线结构参数的变化而变化。以-20dB为基准,这两个极小值附近的带宽可以达到1.95GHz,相对带宽分别可以达到23.5%和9.97%,相应的插入损耗在0.33dB/cm和0.5dB/cm左右。这种传输线有助于减小器件整体尺寸,在带通滤波器和移相器的设计方面有重要用途。     

双膜桥微波MEMS开关

介绍了一种双膜桥微波MEMS开关 ,给出了开关的设计与优化方法 ,建立了开关的仿真模型 ,使用硅表面微机械工艺制造了双膜桥开关样品 ,其主要结构为硅衬底上制作CPW金属传输线电极和介质层 ,然后制作具有微电感结构的金属膜桥 ,提高了开关隔离度。利用HFSS软件仿真的结果表明 ,该开关在微波低频段 (3～ 6GHz)有着很好的隔离性能。研制的开关样品在片测试的电性能指标为 :插损小于 0 .3dB ,隔离度大于 4 0dB ,驱动电压小于 2 4V。     

CPW Circulators with Barium Ferrite Thin Films

A miniaturized circulator using barium ferrite films with a coplanar waveguide(CPW) structure is designed and optimized by high frequency electromagnetic field simulations based on finite element methods.The best circulation performance of the film circulator based on 10 μm thick barium ferrite thin films is obtained with an insertion loss of 0.13 dB and an isolation of 22.89 dB around 36.9 GHz.The microwave characteristics of film circulators with CPW and CPW with ground(CPWG) structures have been compared.The influences of the gap between the ground and the signal line,and the ferromagnetic resonance line width on the microwave properties are also studied.