X波段交直流分离的MEMS开关的设计与研究

介绍了一种带直流驱动电极交直流分离的MEMS开关,研究了影响开关阈值电压的因素,运用缩腰设计、尺寸优化等方法降低开关的阈值电压;运用阻抗匹配方法降低开关的反射损耗;利用等效电感的设计提高所需频段的隔离度。使用Coventor和HFSS软件模拟,设计的开关阈值电压小于20V,在X波段插入损耗低于0.1dB,反射损耗低于-25dB,谐振点处隔离度高于40dB。     

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。     

高隔离度宽频段组合式RF-MEMS开关的设计

接触式与电容耦合式两类RF MEMS开关各自在一定的频段内,都具有较高的隔离度,但仍然很难满足微波控制系统中对高隔离度的要求.为了获得全波段高隔离度RF MEMS开关,单元开关很难达到要求,在此目标要求下,提出了组合式RF MEMS开关的设计,分别利用HFSS软件对各单元进行结构参数优化,再将两者集成在一起,得到的组合式RF MEMS开关,这种组合式开关在0～20 GHz时隔离度都高于-60 dB,在(≤5 GHz),隔离度高于-70 dB,这是一般单元开关及其他半导体固态开关所无法企及的,而且,在DC～20 GHz范围内,开关的插入损耗小于-0.20 dB,而且并没因隔离度的提高,牺牲了插入损耗.     

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。     

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.     

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。     

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。     

一种Ka频段MEMS开关的研制

设计了一种应用于Ka频段的并联电容式MEMS开关,该开关利用表面牺牲层工艺制备,具有低损耗、高隔离度等特点。经测试,开关在Ka频段内,回波损耗优于30dB,插入损耗典型值-0.13dB@27GHz,优于-0.28dB@40GHz,隔离度全频段优于22dB,驱动电压在50V~70V范围。     

应用于可重构天线的RF MEMS开关设计

针对应用于可重构天线的RF MEMS开关进行研究,并通过HFSS软件对其进行仿真分析,开关处于关闭状态(down)时,并工作在5GHz时,开关插入损耗S21仅为-0.01dB,回波损耗在-30dB附近。开关处于闭合状态(up),在1GHz^10GHz频段,隔离度S21均小于-40dB。     

DCDC—20GHz射频MEMS开关

描述了 DC— 2 0 GHz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 2 0 V,在“开”态下 DC— 2 0 GHz带宽的插入损耗小于 0 .6 9d B;在“关”态下在 14— 18GHz时隔离大于 13d B,在 18— 2 0 GHz时隔离大于 16 d B.本器件为国内首只研制成功的宽带射频 MEMS开关     

High-isolation CPW MEMS shunt switches. 2. Design

For pt.1 see ibid., vol.48, no.6, p.1045-1052 (2000). In this paper, the second of two parts, the equivalent RLC model of the shunt switch is used in the design of tuned two- and four-bridge “cross” switches from 10 to 40 GHz. The cross switch attained an insertion loss of less than 0.3-0.6 dB, a return loss below -20 dB from 22 to 38 GHz in the up state, and a down-state isolation of 45-50 dB with only 1.5 pF of down-state capacitance (C_d). Also, an X-band microelectromechanical system (MEMS) switch with an insertion loss of less than 0.2 dB and an isolation of 35 dB is presented. This is done by inductively tuning the LC series resonance of the shunt switch. The MEMS bridge height is 1.5-2.5 μm, resulting in a pull-down voltage of 15-25 V. Application areas are in low-loss high-isolation communication and radar     

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．     

Inline capacitive and DC-contact MEMS shunt switches

This paper presents inline capacitive MEMS shunt switches suitable for X/K-band and Ka/V-band applications. The inline switch allows for a low- or high-inductance connection to the ground plane without changing the mechanical characteristics of the MEMS bridge. Excellent isolation and loss are achieved with this design, and the performance is very similar to the standard capacitive MEMS shunt switch. Also, a new metal-to-metal contact MEMS shunt switch is presented. A novel pull-down electrode is used which applies the electrostatic force at the same location as the metal-to-metal contact area. A contact resistance of 0.15-0.35 Ω is repeatable, and results in an isolation of -40 dB at 0.1-3 GHz. The measured isolation is still better than -20 dB at 40 GHz. The application areas are in high-isolation/low-loss switches for telecommunication and radar systems     

Fabrication and Numerical Simulation of a Micromachined Contact Cantilever RF-MEMS Switch

研究了一种直接接触悬臂梁式RF-MEMS开关,悬臂梁采用Al金属材料.开关通过静电控制,且与信号通道分离.为了优化材料结构和获得好的性能,进行了有限元ANSYS模拟.采用表面微加工工艺来制作开关,获得满意结果.器件的驱动电压为12V,与ANSYS模拟结果11V基本相符;器件的隔离度,在0.05～10GHz的范围内,实验测试与HFSS模拟的结果基本一致,都优于-20dB;器件的插入损耗,HFSS模拟小于-0.2dB,而实验测试小于-0.9dB,偏高是由于悬臂梁表面不平,导致接触电阻增大,在测试中引入接触阻抗所致.     

接触式悬臂梁RF-MEMS开关的研制与数值模拟分析

研究了一种直接接触悬臂梁式RF-MEMS开关,悬臂梁采用Al金属材料.开关通过静电控制,且与信号通道分离.为了优化材料结构和获得好的性能,进行了有限元ANSYS模拟.采用表面微加工工艺来制作开关,获得满意结果.器件的驱动电压为12V,与ANSYS模拟结果11V基本相符;器件的隔离度,在0.05～10GHz的范围内,实验测试与HFSS模拟的结果基本一致,都优于-20dB;器件的插入损耗,HFSS模拟小于-0.2dB,而实验测试小于-0.9dB,偏高是由于悬臂梁表面不平,导致接触电阻增大,在测试中引入接触阻抗所致.     

High-isolation CPW MEMS shunt switches. 1. Modeling

This paper, the first of two parts, presents an electromagnetic model for membrane microelectromechanical systems (MEMS) shunt switches for microwave/millimeter-wave applications. The up-state capacitance can be accurately modeled using three-dimensional static solvers, and full-wave solvers are used to predict the current distribution and inductance of the switch. The loss in the up-state position is equivalent to the coplanar waveguide line loss and is 0.01-0.02 dB at 10-30 GHz for a 2-μm-thick Au MEMS shunt switch. It is seen that the capacitance, inductance, and series resistance can be accurately extracted from DC-40 GHz S-parameter measurements. It is also shown that dramatic increase in the down-state isolation (20⁺ dB) can be achieved with the choice of the correct LC series resonant frequency of the switch. In part 2 of this paper, the equivalent capacitor-inductor-resistor model is used in the design of tuned high isolation switches at 10 and 30 GHz