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。     

五位RF MEMS开关延迟线移相器

设计并研制了一种6～11GHz、超宽带5位RF MEMS开关延迟线移相器,器件实现了5位延迟:λ、2λ、4λ、8λ、16λ。该器件采用微带混合介质多层板技术,分4层制作,尺寸为45mm×20 mm。整个器件包括20个RFMEMS悬臂梁开关,用60～75V的静电压驱动。6～11GHz频带内,对32个相移态的测试结果表明:一般回波损耗S11<-10dB,各状态平均插入损耗为-8～-10dB;中心频率处,器件可实现的最大延迟位时延为1680ps,总时延为3255ps。     

X波段4bit MMIC数字移相器的设计与实现

基于WIN 0.25 μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并制备了一款X波段4 bit单片微波集成电路(MMIC)数字移相器.22.5°和45°移相单元采用开关滤波型拓扑结构,90°和180°移相单元采用高低通滤波型拓扑结构.对拓扑结构工作原理进行分析,并采用ADS2014软件完成电路的电磁仿真及优化.测试结果表明,该4 bit MMIC数字移相器获得了优良的宽带性能,且与仿真结果吻合良好.在8～ 13 GHz频带内,移相器的均方根(RMS)相位精度误差小于6.5°,插入损耗优于-6.8 dB,RMS插入损耗波动低于0.5 dB,输入回波损耗优于-13 dB,输出回波损耗优于-9.5 dB.该4 bit MMIC数字移相器在相对带宽为47％的X频段内性能优良,适用于有源相控阵雷达等通信系统中.     

基于各向异性导电膜的射频SP8T开关无损测试

为了解决射频器件无损测试的难点，基于各向异性导电膜Z轴(ACF-Z)连接结构，设计并实现了射频器件无损测试技术。针对表面贴装式GaAs金属半导体场效应晶体管(MESFET)单刀八掷(SP8T)开关，该测试技术使用ACF-Z轴连接结构实现器件与测试板的无损连接，通过矢量网络分析仪对GaAs MESFET SP8T开关性能进行测试，最多可同时测试SP8T开关的8个通道。测试结果显示，1～8 GHz内，器件的插入损耗为-1.5～-3.5 dB,回波损耗为-15～-35 dB,测试过程中未对器件造成损伤。     

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。     

RFMEMS电容式并联开关的研制

通过分析MEMS电容式并联开关的工作原理,设计并制作出一款适合Ka波段分布式MEMS移相器的电容式开关。通过理论计算和经验选取,初步得到了MEMS电容式并联开关的结构尺寸。采用HFSS软件建立了开关的三维电磁场模型并优化了关键结构参数。仿真表明开关在Ka波段插入损耗小于0．15dB,回波损耗大于15dB。采用CoventorWare软件进行了开关的机电耦合仿真,得出其驱动电压为2．1V。为了满足流片单位的实际工艺约束条件,对开关的设计版图和微加工工艺进行了多轮改进,研制成功MEMS电容式并联开关工艺样品。开关动态特性测试表明,在驱动电压36V时,桥下拉的高度约为2μm。     

Ka波段0/Π MEMS移相器

报道了一种Ka波段实时延MEMS移相器芯片。该移相器基于开关线式移相器设计原理,集成了4个MEMS三端口直接接触式毫米波开关单元,使用共面波导(CPW)传输线,利用阶梯阻抗的方式实现传输线拐角和CPW空气桥结构的传输线阻抗匹配。芯片采用RF MEMS表面牺牲层工艺制作在400μm厚的高阻硅衬底上,面积为1.4 mm×2.8 mm。测试显示,在34~36 GHz频率范围内,相移误差3.2°,插入损耗2 dB,反射损耗小于-15 dB。     

4位毫米波MEMS移相器

报道了一款开关线型Ka波段MEMS移相器,采用了16只悬臂梁结构MEMS开关,实现了4位相移。采用阶梯阻抗共面波导(CPW)传输线设计,实现了一种新型而紧凑的移相器阻抗匹配的结构。采用RF MEMS低温表面牺牲层工艺,在高阻硅片上实现了单片4位MEMS移相器样品,在35GHz频点,平均插入损耗-5.8dB,16态相移误差≤8.5°,芯片尺寸5.3mm×2.9mm。分析MEMS移相器插损的构成,提出了降低MEMS移相器插损的工艺途径,预期Ka波段4位MEMS移相器的平均插损可降为-2.6dB,满足低成本毫米波MEMS相控阵系统应用需求。     

X-波段MEMS单刀双掷开关的研究

利用X-波段MEMS单刀单掷膜开关和成熟的微带线技术设计了一种X-波段MEMS单刀双掷膜开关,其模拟结果为;阈值电压为19V左右,工作频率为8～12GHz,在中心频率（10GHz）处,导通开关的插入损耗为-0．2dB,截止开关的隔离度为-21dB,开关的回波损耗为-43dB。     

特定相位高功率开关的研制

为满足相控阵天线的特定相位、小型化及高功率的要求,研制了一种S波段SP4T开关,阐述了开关的设计仿真方法,详细分析了开关的相位和大功率设计.用矢量网络分析仪测得结果为插入损耗IL＜0.6 dB,隔离大于40 dB,传输相位和反射相位小于5°,输入输出驻波比小于1.3.结果表明,微带线的尺寸不仅影响开关的传输相位和反射相位,还影响开关的插入损耗,微带线的调整在改善相位的同时,也有可能会使开关的插入损耗变差,反射相位的改变会同时影响传输相位和插入损耗的大小.揭示了开关传输反射相位、插入损耗和微带线尺寸之间的相互联系,通过测量比较,研究了接插件对相位带来的影响,讨论了开关的大功率设计方法.     

开关线型四位数字MEMS移相器

介绍了一种基于射频微机械串联开关设计的开关线型四位数字微机电系统(M icro-e lectrom echan ica lSystem s以下简称M EM S)移相器。该移相器集成了16个RF M EM S开关,使用了13组四分之一波长传输线和M IM接地耦合电容,有效地使开关的驱动信号和微波信号隔离,串联容性开关设计有效地降低了开关的启动电压。使用低温表面微机械工艺在360μm厚的高阻硅衬底上制作移相器,芯片尺寸4.8 mm×7.8 mm。移相器样品在片测试结果表明,频点10.1 GH z,22.5°相移位的相移误差为±0.4,°插损2.8 dB;45°位的相移误差为±1.1,°插损2.0 dB;在X波段,对16个相移态的测试结果表明,移相器的插入损耗小于4.0 dB,驻波比小于2.4,开关驱动电压为17~20 V。     

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 compact V-band 2-bit reflection-type MEMS phase shifter

Air-gap overlay CPW couplers and low-loss series metal-to-metal contact microelectromechanical system (MEMS) switches have been employed to reduce the loss of reflection-type MEMS phase shifters at V-band. Phase shift is obtained by changing the lengths of the open-ended stubs using series MEMS switches. A 2-bit [135] reflection-type MEMS phase shifter showed an average insertion loss of 4 dB with return loss better than 11.7 dB from 50 to 70 GHz. The chip is very compact with a chip size as small as 1.5 mm /spl times/ 2.1 mm.     

A low-loss single-pole six-throw switch based on compact RF MEMS switches

A low-loss single-pole six-throw (SP6T) switch using very compact metal-contact RF microelectromechanical system (MEMS) series switches is presented. The metal-contact MEMS switch has an extremely compact active area of 0.4 mm /spl times/ 0.3 mm, thus permitting the formation of an SP6T MEMS switch into the RF switch with a total area of 1 mm/sup 2/. The MEMS switch shows an effective spring constant of 746 N/m and an actuation time of 8.0 /spl mu/s. It has an isolation loss from -64.4 to -30.6dB and an insertion loss of 0.08-0.19 dB at 0.5-20 GHz. Furthermore, in order to evaluate RF performances of the SP6T MEMS switch, as well as those of the single-pole single-throw RF MEMS series switch, we have performed small-signal modeling based on a parameter-extraction method. Accurate agreement between the measured and modeled RF performances demonstrates the validity of the small-signal model. The SP6T switch performed well with an isolation loss from -62.4 to -39.1dB and an insertion loss of 0.19-0.70 dB from dc to 6 GHz between the input port and each output port.     

适于毫米波应用的新型MEMS实时延时线(英文)

介绍了两种适于毫米波应用的RF MEMS实时延时线的设计。首先,在设计中采用了一种新颖的RF MEMS拓宽调节范围的变容器结构,得到了最大变容比为5.39的在片测试结果。其工艺设计基于表面微机械工艺,采用了由5个掩模版组成的工艺流程。然后,在RF MEMS变容器设计的基础上,完成了用于原理论证的Ka波段RF MEMS实时延时线的仿真设计、工艺流片和在片测试。Ka波段RF MEMS实时延时线的在片测试结果显示,在28GHz时处于下降状态的插入损耗为-2.36dB;两端口在28GHz时的回波损耗都小于-15dB,而在5～40GHz的整个测试频率范围内的回波损耗都小于-10dB。在Ka波段RF MEMS实时延时线设计基础上,60GHz RF MEMS实时延时线的仿真设计已经完成并准备投片。     

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。     

A 2-bit RF MEMS phase shifter in a thick-film BGA ceramic package

The development of a thick-film hermetic BGA package for a radio-frequency (RF) microelectromechanical systems (MEMS) 2-bit phase shifter is presented. The measured packaged MEMS phase shifter average in-band insertion loss was 1.14 dB with an average return loss of 15.9 dB. The package transition insertion loss was less than 0.1 dB per transition with excellent agreement between simulated and measured results. It was also demonstrated that the RF MEMS phase shift performance could be improved to obtain a phase error of less than 3.3 degrees. The first reported measurements of the average rise and fall times associated with a MEMS circuit (in this case a 2-bit phase shifter) were 26 and 70 /spl mu/s, respectively. The advent of packaged RF MEMS phase shifters will reduce the cost (both design and building) of future phase arrays.