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。     

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。     

高隔离度宽频带MEMS双膜桥开关

利用一种新型双边加直流驱动电极的电容耦合式MEMS并联膜开关与直接接触式并联膜开关进行级联,形成MEMS双膜开关.通过对其尺寸和结构的优化,降低开关阈值电压,Coventor软件模拟表明,开关的阈值电压小于20V;通过对其匹配设计改善开关的高频性能,HFSS软件模拟的结果表明,在DC～20GHz整个频带内,开关的插入损耗优于-0.1dB,反射损耗低于-30dB,隔离度低于-20dB,在 谐振点处隔离度能达到-40dB.     

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。     

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。     

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.     

W波段单刀双掷开关

实现了一种采用微波开关（PIN）二极管设计的低插损、高隔离度的 W波段单刀双掷开关（SPDT）。电路采用了改进的 Y 型结和梳状线高通滤波器形式的鳍线结构,有效提高了端口隔离度,降低了插入损耗。仿真结果显示,导通端口在88 GHz～99 GHz内的插入损耗小于0.7 dB,断开端口隔离度大于58 dB。测试结果显示,在频段90 GHz～95 GHz内,输入端口与输出端口1之间的插入损耗低于3.7 dB、隔离度高于33 dB;输入端口与输出端口2之间的隔离度高于33 dB、插入损耗低于3.8 dB。     

一种L～E波段的混合型射频MEMS单刀双掷开关设计

针对传统RF MEMS单刀双掷(SPDT)开关应用存在频段低、插入损耗高、隔离度低等问题,设计了一种混合型SPDT开关,通过在一条通路上设置接触式开关和电容式开关,实现了在L～E频段下的低插入损耗和高隔离度。通过设计蛇形上电极结构,降低了上电极的弹性系数,进而降低开关上电极下拉所需的驱动电压。采用HFSS仿真软件对混合型SPDT开关的射频性能参数进行了优化,并利用COMSOL对开关的蛇形上电极进行应力-位移分析。仿真结果表明,在DC～90 GHz的频段下,SPDT开关的插入损耗小于1.5 dB@90 GHz,隔离度大于52 dB@67 GHz、29 dB@90 GHz。此开关适用于无线通信系统、雷达系统和仪器测量系统等对工作频段要求高的领域内。     

砷化镓基毫米波MEMS开关表面工艺研究

研究了砷化镓基毫米波MEMS开关的表面工艺方法,包括MEMS开关的工艺流程中的牺牲层技术、结构层技术、触点技术、薄膜电阻技术。重点阐述了以光敏聚酰亚胺作牺牲层和以电镀金作结构层的工艺制作方法。形成了砷化镓RF MEMS开关表面工艺流程,制作出了RF MEMS开关样品。开关驱动电压为60 V,35 GHz时的插入损耗<0.2 dB,隔离度>18 dB。     

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。     

A fully integrated SOI RF MEMS technology for system-on-a-chip applications

In this paper, a silicon-on-insulator (SOI) radio-frequency (RF) microelectromechanical systems (MEMS) technology compatible with CMOS and high-voltage devices for system-on-a-chip applications is experimentally demonstrated for the first time. This technology allows the integration of RF MEMS switches with driver and processing circuits for single-chip communication applications. The SOI high-voltage device (0.7-/spl mu/m channel length, 2-/spl mu/m drift length, and over 35-V breakdown voltage), CMOS devices (0.7-/spl mu/m channel length and 1.3/-1.2 V threshold voltage), and RF MEMS capacitive switch (insertion loss 0.14 dB at 5 GHz and isolation 9.5 dB at 5 GHz) are designed and fabricated to show the feasibility of building fully integrated RF systems. The performance of the fabricated RF MEMS capacitive switches on low-resistivity and high-resistivity SOI substrates will also be compared.     

Piezoelectrically actuated RF MEMS DC contact switches with low voltage operation

In this paper, fully integrated radio frequency (RF) microelectromechanical system (MEMS) switches with piezoelectric actuation have been proposed, designed, fabricated, and characterized. At a very low operation voltage of 2.5V, reliable and reproducible operation of the fabricated switch was obtained. The proposed RF MEMS switch is comprised of a piezoelectric cantilever actuator with a floated contact electrode and isolated CPW transmission line suspended above the silicon substrate. The measured insertion loss and isolation of the fabricated piezoelectric switch are -0.22 dB and -42dB at a frequency of 2GHz, respectively.     

惯性冲击对低真空封装的RF MEMS电容开关性能的影响

分析了外界惯性冲击对低真空封装的旁路电容式RF MEMS开关性能的影响.得到了近似计算外界惯性冲击引起位移的解析式.在已知最大容许插入损耗和外部惯性冲击环境条件下,MEMS开关支撑梁的最小机械刚度常数以及外部惯性冲击引起的插入损耗可以根据该式得到.通过RF MEMS电容式开关实例,表明设计低真空封装的RF MEMS电容式开关时应考虑外部环境因素.可见,RF MEMS开关用低真空封装可以减小空气阻尼、改善开关速度和执行电压的同时,开关的性能却容易受外界环境因素的影响.该研究对低真空封装的RF MEMS电容式开关的优化设计很有意义.     

惯性冲击对低真空封装的RF MEMS电容开关性能的影响

分析了外界惯性冲击对低真空封装的旁路电容式RF MEMS开关性能的影响.得到了近似计算外界惯性冲击引起位移的解析式.在已知最大容许插入损耗和外部惯性冲击环境条件下,MEMS开关支撑梁的最小机械刚度常数以及外部惯性冲击引起的插入损耗可以根据该式得到.通过RF MEMS电容式开关实例,表明设计低真空封装的RF MEMS电容式开关时应考虑外部环境因素.可见,RF MEMS开关用低真空封装可以减小空气阻尼、改善开关速度和执行电压的同时,开关的性能却容易受外界环境因素的影响.该研究对低真空封装的RF MEMS电容式开关的优化设计很有意义.     

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     

RF MEMS开关工艺技术研究

RFMEMS开关是用MEMS技术形成的新型电路元件,与传统的半导体开关器件相比具有插入损耗低、隔离度大等优点,将对现有雷达和通信中RF结构产生重大影响。文章介绍了RFMEMS开关的基本工艺流程设计,工艺制作技术的研究。实验解决了种子层技术、聚酰亚胺牺牲层技术、微电镀技术的工艺难题,制作出了RFMEMS开关样品,基本掌握了RFMEMS器件的制作工艺技术。RFMEMS开关样品测试的技术指标为:膜桥高度2μm～3μm、驱动电压<30V、频率范围0～40GHz、插入损耗≤1dB、隔离度≥20dB,样品参数性能达到了设计要求。     

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。