压控式毫米波MEMS移相器的可动薄膜

介绍了采用金、铝硅合金等金属分别用作压控式RF MEMS开关阵列--移相器的可动薄膜,实验表明金的延展性比较好,弹性比铝硅合金稍差,启动电压较高.相比较含硅4%的轻质量铝硅合金具有较低的启动电压(5V),用该弹性膜制备的21桥压控式开关阵列--毫米波移相器的下拉电压为20V时,相移量可达到370°/3.5mm以上(35GHz),并能在不同的控制电压下根据要求改变相移量,其传输损耗为55～90°/dB,比金可动膜结构要高.     

单偏置电压多位分布式MEMS传输线移相器

针对传统多位分布式MEMS传输线(DMTL)移相器需要多个偏置电压控制的问题,提出了一种单电压控制多位DMTL移相器的设计方案。这种移相器的每一位具有不同的弹性系数,因此它们的下拉电压各不相同。给出了这种移相器的相关理论、设计实例及仿真结果。通过仿真结果可知,单偏置电压3位DMTL移相器低位到高位的下拉电压分别为19.73,40.49和74.89 V,低位发生下拉时高位相移偏移小于0.062%(10 GHz,2.925×10-4 rad)。单偏置电压4位DMTL移相器低位到高位的下拉电压分别为19.73,32.55,48.41和74.89 V,低位发生下拉时高位相移偏移小于0.094%(10 GHz,4.425×10-4 rad)。     

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。     

新型矢量合成式压控移相器

本文通过对矢量合成原理的分析，讨论了压控移相器的线性控制方法，并提出在研制混合集成压控移相器时应注意的有关问题，可供研制高线性压控移相器时作为参考。     

低电压驱动的硅基Ka波段级联式MEMS移相器

通过在共平面波导上周期性地分布微机械电容,外加电压驱动改变电容值,可实现级联式MEMS移相器.本文讨论了优化相移特性对共平面波导特性阻抗及下拉电压的要求,通过工艺参数优化制备了高阻硅基上的Ka波段级联式MEMS移相器,测试结果表明制备器件具有较低的驱动电压,8V时即产生明显的相移量,在36GHz处15V驱动电压时相移量为118°,25V时为286°.对微结构弹性膜的机械振动寿命测试表明,13级级联的MEMS移相器所有弹性膜同步振动的寿命为3×10⁶次.为器件的实用化提供了重要保障.     

集成压控移相器的发展

简要介绍了频率从几兆赫至几千兆赫各种集成压控移相器的结构、特点及其在系统中的应用。     

高阻硅基铝硅合金弹性膜MEMS相移器

级联式MEMS相移器可通过悬浮于共平面波导之上的微机械可调电容的变化,来改变传输线的特性阻抗和相速,达到相移的目的.文中讨论了MEMS相移器特性对微机械电容和下拉电压的要求,并通过轻质量的铝硅合金弹性膜,获得了较低的下拉电压.测试结果表明,相移器的下拉电压不大于40V,且当控制电压大于10V时,即有明显的相移.该MEMS相移器制备于电阻率大于4000Ω*cm的高阻硅衬底上,获得了较好的传输特性,在整个测试频段1～40GHz,S21均小于3dB,并在25V时获得了大于25°的相移量.     

高阻硅基铝硅合金弹性膜MEMS相移器

级联式MEMS相移器可通过悬浮于共平面波导之上的微机械可调电容的变化,来改变传输线的特性阻抗和相速,达到相移的目的.文中讨论了MEMS相移器特性对微机械电容和下拉电压的要求,并通过轻质量的铝硅合金弹性膜,获得了较低的下拉电压.测试结果表明,相移器的下拉电压不大于40V,且当控制电压大于10V时,即有明显的相移.该MEMS相移器制备于电阻率大于4000Ω*cm的高阻硅衬底上,获得了较好的传输特性,在整个测试频段1～40GHz,S21均小于3dB,并在25V时获得了大于25°的相移量.     

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。     

射频微机械移相器

MEMS技术显示了其在微波领域的巨大应用潜力.利用RF MEMS开关制造的RF MEMS移相器具有插损小、功耗低、宽带宽、体积小等优点,因此成为研究的热点.本文对国际上RF MEMS的研究和发展进行了比较全面的综述,并介绍了DMTL移相器,该移相器在DC～30GHz范围内具有较好的线性度,在20GHz时相移为0°/11.6°/32.6°/48.5°,反射损失好于-11dB,插损小于-1.8dB.最后分析了各种移相器的特点和设计、制造的难点,对MEMS移相器的发展进行了展望.     

悬臂梁接触式RF-MEMS开关的制作研究

报道了悬臂梁接触式RF-MEMS开关的设计、制作和测试结果。整个工艺采用表面微机械加工技术，利用正胶作为牺牲层。其中开关的悬臂梁采用了“三明治”式的结构，即上下两层为SiO2，中间夹着一层Cr／Au合金，这种结构可使梁合为一体，且具有很好的机械性能。对350μm长、200μm宽、1．7μm厚、且距底电极为2．5μm的悬臂梁开关进行测试，其驱动电压约为20V，在同类开关中是较低的。     

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。     

BST-MEMS移相器开关

为了提高MEMS电容开关性能,介绍了移相器的一种新型结构——分布式电容周期性加载结构。分析发现移相器的相移度和单元可变电容的变化率有关。目前MEMS可变电容单元采用的介质基本上是氮化硅。BST薄膜作为一种性质优良的介电材料,其介电常数远大于氮化硅。从MEMS移相器开关性能的几个关键指标出发,探讨在MEMS移相器开关中,用BST薄膜代替氮化硅介质的可能性。     

Ka波段五位分布式MEMS传输线移相器设计

通过在共面波导上周期性地加载分布电容,外加驱动电压改变电容值,实现分布式MEMS移相器。首先给出了5位分布式MEMS移相器的总体结构图,分析了理论参数的设计方法。再采用HFSS建立单个微桥的三维电磁仿真模型,利用仿真得到的S参数拟合微桥的up态和down态电容值并与理论设计电容值对比,确定MEMS桥精确的结构参数。最后采用ADS建立分布式MEMS移相器整体的微波等效电路,仿真得出移相器的性能指标参数。仿真结果表明移相器在35GHz时移相精度小于0.6°,移相器的插入损耗小于0.3dB,回波损耗大于25dB。     

电磁驱动RF MEMS开关的研究状况

RFMEMS技术在民用和军事方面有巨大的潜力,作为其核心器件的RFMEMS开关很有希望在雷达和通信领域之中成为关键器件。电磁驱动RFMEMS开关具有工作电压比较低,驱动力大,可以工作在恶劣的环境等优点,使其成为近年来RFMEMS开关研究的一个热点。