单刀双掷RF MEMS开关的研究与设计

介绍了一种基于横向金属接触的DC-5GHz单刀双掷RF MEMS开关的研究与设计.横向金属接触开关包括了一套有限的共面波导(FGCPW)传输线和左右摆动的悬臂梁.为了降低开启电压,设计了一种曲折型的折叠梁结构,通过理论分析与仿真实验验证了该结构的可行性,并利用MetalMUMPs工艺加以实现.测试结果显示,该开关在5GHz处的插入损耗为0.8dB,回波损耗大于20dB,隔离度为40dB.测得最低开启电压为33V.     

驱动与信号隔离的单刀双掷RF MEMS开关

设计了一种基于横向金属接触的DC-5 GHz单刀双掷RF MEMS开关,该开关包括一套有限地共面波导(FGCPW)传输线和左右摆动的悬臂梁。利用绝缘的介质层实现了驱动信号与射频信号的隔离,提高了开关的性能。根据开关的拓扑结构,提出相应的等效电路,并据此实现开关射频性能的优化设计。开关利用MetalMUMPs工艺实现,测试结果显示,该开关在5GHz的插入损耗为0.8dB,回波损耗大于20dB,隔离度为40dB。测得开关的开启电压为59V。     

DC-20GHz射频MEMS开关

描述了DC－200GHz射频MEMS开关的设计和制造工艺。开关为一薄金属膜桥组成的桥式结构,形成一个单刀单掷（SPST）并联设置的金属－绝缘体－金属接触。开关通过上下电极之间的静电力进行控制,其插入损耗及隔离性能取决于开态和关态的电容。测试结果如下：射频MEMS开关驱动电压约为20V,在“开”态下DC－20GHz带宽的插入损耗小于0．69dB;在“关”态下在14－18GHz时离小于13dB,在18－20GHz时隔离大于16dB。本器作为国内首只研制成功的宽带射频MEMS开关。     

用于X波段移相器的RF MEMS开关设计

针对某片上集成开关线式MEMS移相器设计了一款串联接触式悬臂梁开关。该移相器要求结构紧凑,工作频段为X波段,工作电压低于27V。利用Ansoft HFSS软件仿真分析了开关关键结构参数对电磁性能的影响,包括传输线断开间距d,接触金属与传输线之间的垂直间距h,接触金属的宽度B,总结了各参数对开关电磁性能的影响趋势,确定了本设计中各结构参数的最优取值;利用MEMS CAD软件CoventorWare对初始设计的开关进行机电耦合仿真,确定了开关的详细结构参数。仿真结果表明,设计的串联接触式悬臂梁开关驱动电压约为18V;中心频率为10GHz时,开关闭合态回波损耗为0.02dB,隔离度为36dB,导通态下,插入损耗为0.028dB。     

应用于高速信号传输系统的多路选择器

提出了一种能够传输高速信号的多路选择器,并为其设计了一种低失真、宽带模拟开关.所提出开关的栅源过驱动电压由nMOS和pMOS的开启电压之和决定,并能够确保输入变化时,开关的栅源电压与阈值电压之差(VGST)保持恒定,从而基本消除了体效应的影响.采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,HSPICE仿真结果表明,输入信号在0.3～1.7V之间变化时,开关的VGST基本保持恒定,其-3dB带宽大于10GHz,当输入频率为1GHz时,其无杂散动态范围为67.11dB;开关的开启时间为2.98ns,关断时间为1.35ns,确保了多路选择器的break-before-make特性.该结构可应用于高速信号传输系统中.     

应用于高速信号传输系统的多路选择器

提出了一种能够传输高速信号的多路选择器,并为其设计了一种低失真、宽带模拟开关.所提出开关的栅源过驱动电压由nMOS和pMOS的开启电压之和决定,并能够确保输入变化时,开关的栅源电压与阈值电压之差（VGST）保持恒定,从而基本消除了体效应的影响.采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,HSPICE仿真结果表明,输入信号在0.3～1.7V之间变化时,开关的VGST基本保持恒定,其-3dB带宽大于10GHz,当输入频率为1GHz时,其无杂散动态范围为67.11dB;开关的开启时间为2.98ns ,关断时间为1.35ns,确保了多路选择器的break-before-make特性.该结构可应用于高速信号传输系统中.     

DC-20GHz射频MEMS开关

描述了DC-20GHz射频MEMS开关的设计和制造工艺.开关为一薄金属膜桥组成的桥式结构,形成一个单刀单掷(SPST)并联设置的金属-绝缘体-金属接触.开关通过上下电极之间的静电力进行控制,其插入损耗及隔离性能取决于开态和关态的电容.测试结果如下:射频MEMS开关驱动电压约为20V,在"开”态下DC-20GHz带宽的插入损耗小于0.69dB;在"关”态下在14-18GHz时隔离大于13dB,在18-20GHz时隔离大于16dB.本器件为国内首只研制成功的宽带射频MEMS开关.     

Design and Fabrication of Millimeter-wave DC-contact Series MEMS Switch

设计了一种应用于毫米波波段的串联接触式RF MEMS开关.为了在毫米波波段获得较高的隔离度,通过使用短截线结构,以降低输入输出端口的耦合电容.为了获得可靠的金属接触,设计了一种改进型的“蟹形”桥结构.测试结果显示,在30 GHz,插入损耗为-0.3dB,隔离度为-20 dB.在DC～40 GHz的频率范围内,插入损耗优于-0.5 dB,隔离度优于-20 dB.所设计的串联接触式RF MEMS开关,可应用于20～40 GHz的频率范围内.     

毫米波串联接触式RF MEMS开关的设计与制造

设计了一种应用于毫米波波段的串联接触式RF MEMS开关。为了在毫米波波段获得较高的隔离度,通过使用短截线结构,以降低输入输出端口的耦合电容。为了获得可靠的金属接触,设计了一种改进型的"蟹形"桥结构。测试结果显示,在30GHz,插入损耗为-0.3dB,隔离度为-20dB。在DC～40GHz的频率范围内,插入损耗优于-0.5dB,隔离度优于-20dB。所设计的串联接触式RF MEMS开关,可应用于20～40GHz的频率范围内。     

高隔离度X波段RF MEMS电容式并联开关

研究了一种新型的、应用于X波段的高隔离度RF MEMS电容式并联开关结构。相比于普通的并联结构,该开关通过共面波导(CPW)传输线与地平面之间的衬底刻槽结构将隔离度提高了7dB,关态时在13.5GHz谐振频率处的隔离度为-54.6dB,执行电压为26V。弹簧梁结构开关的执行电压下降为14V,在11GHz处其隔离度为-42.8dB。通过两个并联开关级联与开关间的高阻传输线构成的π型调谐开关电路,在11.5GHz处的隔离度为-81.6dB。     

Wideband DC-contact MEMS series switch

The demonstration of a wideband DC-contact MEMS series switch on an alumina substrate is reported. The switch is based on a cantilever beam design. The tip of the cantilever beam was formed into a fork tip design, and its RF performance was measured and compared with a regular rectangular tip. This design reduced up-state capacitance from 10 to 3.8 fF. The beam with fork tip exhibited high isolation: -39, -32 and -17.3 dB at 5, 10 and 77 GHz, respectively. The measured insertion loss was -0.142, -0.172 and 0.36 dB at 5, 10 and 77 GHz, respectively. The switch had low actuation voltage (⩽39 V) and a relatively fast switching time of 45 s. To our knowledge, this is the first demonstration of a high-performance cantilever beam design DC-contact MEMS series switch at W-band frequencies.     

电磁驱动推拉式射频MEMS开关的设计与制作

提出了一种新型电磁驱动推拉式射频MEMS开关。针对传统静电驱动单臂梁开关所需驱动电压大、恢复力不足等问题,设计了一种推拉式开关结构,降低了驱动电压(电流),提高了开关的隔离度,同时实现了单刀双掷的功能。单晶Si梁由于自身无应力,解决了悬臂梁残余应力引起的梁变形问题。通过理论计算和有限元分析,优化了开关设计尺寸,在外围永磁铁磁感应梯度dB/dz=100T/m,在线圈通入100mA电流的驱动下,单晶Si扭转梁末端可以获得约10μm的弯曲量,满足开关驱动要求。给出了开关的详细微细加工流程,对开关的传输参数进行了测试,在10GHz时隔离度为-40dB.     

RF MEMS开关的设计分析

针对具有低损耗、高隔离度性能的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)开关,介绍了串联DC式和并联电容式的开关结构模型,并对并联电容式MEMS开关的工作原理、等效电路模型和制造工艺流程进行了描述,利用其模型研究了开关的微波传输性能,设计了一款电容耦合式开关并进行了仿真。由仿真结果可得,开关"开态"时的插入损耗在40 GHz以内优于-0.3 dB;开关"关态"时的隔离度在20～40 GHz相对较宽的频带内优于-20 dB。     

A novel pull-up type RF MEMS switch with low actuation voltage

We report a novel pull-up type radio frequency (RF) microelectromechanical system (MEMS) switch with no elastic deformation of the cantilever involved in the actuation. At a voltage of 4.5V, reliable actuations are achieved such that the movable lower contact pad is pulled up by the electrostatic force to make contact with the upper pad. At a frequency of 50GHz, an insertion loss of 0.5dB, a return loss of 12.4dB, and an isolation of 55dB are obtained from the switch. The measured transient times for switch-on and switch-off are 120 and 130ns, respectively. Compared to the MEMS switches reported thus far, the pull-up type switch shows the best switching speed and isolation characteristic at 50GHz.     

RF MEMS单刀四掷矩阵开关的研究

介绍了一个RF MEMS单刀四掷矩阵开关的设计，用四个串联式、电阻接触型、悬臂梁RF MEMS开关制作在微带电路板上完成。在频带1～5GHz内，单刀四掷矩阵开关的插入损耗〈0．8dB，开关隔离度〉38dB，驻波系数〈1．2。悬臂梁开关的激励电压为直流电压35～45V。     

A DC to 10-GHz 6-b RF MEMS time delay circuit

A 6-b radio frequency (RF) microelectromechanical system (MEMS) time-delay circuit operating from dc to 10 GHz with 393.75-ps total time delay is presented. The circuit is fabricated on 250-/spl mu/m-thick alumina and uses metal contacting RF MEMS switches to realize series-shunt SP4T switching networks. The circuit demonstrates 1.8+/-0.6 dB of loss at 10 GHz and has linear phase response across the entire band with accuracy of better than a least significant bit for most states.     

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。     

Ka波段分布式MEMS移相器低驱动电平容性开关的机电设计

为降低Ka波段分布式MEMS移相器容性开关的驱动电压,提出不同形状新型低弹性系数铰链梁结构MEMS电容开关的机电设计概念.采用Intelli SuiteTM和ADS软件分析了三种梁结构MEMS电容开关的位移分布、驱动电压、机械振动模式和射频性能等参数,结果表明:所设计新型beam2结构MEMS电容开关具有优越的机电特性和射频特性,即开关的驱动电压为3V,机械振动模式固有频率都大于31kHz,在35GHz处插入损耗和回波损耗分别为0.082dB和18.6dB,而相移量可达到105.9o.     

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