一种新型螺旋形分布式RF MEMS移相器的设计

针对传统的分布式射频(RF)微机电系统(MEMS)移相器结构可靠性较低、平面面积较大、对制作工艺要求较高的问题,设计了一种新型5位分布式RF MEMS移相器,对其螺旋形共面波导结构和31个MEMS开关组进行了简要介绍及仿真分析。移相器体积为2.6 mm×2.6 mm×0.505 mm,工作频率为40 GHz时,31个仿真相移量与设计目标相移量的误差小于3.72°,满足高频、小面积、低损耗和低成本的MEMS相控阵系统应用的需求。     

基于MEMS技术的射频移相器

微波与毫米波移相器是通讯和雷达应用上相控阵天线的基本单元，MEMS技术的引入提供了一个在移相器设计中用最小损耗的开关来大量减少移相器插入损耗的方法，该方法可以降低器件的功耗，改善插入损耗、隔离度、频带宽度等性能。相比于GaAs移相器，基于MEMS开关的射频移相器，无论是开关线型、分布式或是反射型，都有很好的RF性能。     

分布式MEMS移相器电容开关时间响应特性研究

提出一种适合于分析微波分布式MEMS移相器静电驱动电容开关的开启时间和动态特性的新方法。采用IntelliSuite~(TM)模拟工具的SYNPLE模块研究材料、驱动电压、MEMS桥高度和共面波导信号线宽度对电容开启时间的影响。通过优化参数,分析结果表明:对于金电容开关,V=40 V、g_0=2.5μm和W=100μm,开关的开启时间为～7μs。     

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.     

X波段MEMS分布式移相器开关机电性能研究

介绍一种应用于X波段MEMS分布式移相器的新型单元开关。MEMS分布式移相器具有高品质因数、低插损、低功耗和高隔离度的优点,但由于传统MEMS开关采用固支梁结构,弹性系数过大,下拉电压过高,无法与传统电子系统相兼容,大大限制了其应用和发展。基于此设计一种新型单元开关,采用弹性弯曲结构取代传统固支梁结构,并在MEMS金属梁上刻蚀释放孔,极大降低了单元开关的弹性系数,从而实现了超低下拉电压6V。通过理论分析,给出MEMS开关弹性系数、下拉电压的解析公式,并使用ANSYS进行了仿真分析。     

交直流隔离的分布式MEMS移相器设计

设计了一种五位分布式微电子机械系统（MEMS）移相器,通过分析对比传统分布式MEMS移相器加载直流偏置的两种方式,提出了一种新的直流偏置的加载方式,能解决传统方式带来的交直流干扰和引线繁杂问题,同时工艺容易实现。采用ADS软件对移相器进行级联仿真,优化了微波性能参数,仿真得出移相器在35 GHz时移相精确度小于3°,移相器的插入损耗小于0.5 dB,回波损耗大于23 dB。给出了五位分布式MEMS移相器的工艺流程,同时验证了所设计加载直流偏置方式工艺简单的优势。     

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)。     

五位分布式MEMS传输线移相器的优化设计

通过在共面波导传输线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传输线移相器。从三个方面优化了五位分布式MEMS传输线移相器的设计:一是分别设计了11.25°和22.5°两种微桥,单元在Ka波段的插入损耗均大于-0.8 dB,回波损耗均小于-15 dB,相移精度小于0.4°,新的五位移相器以2种单元、19个微桥的结构替代了传统单一单元、31个微桥的结构,可减少微桥的总数;二是CPW传输线采用折叠布局,通过共用部分地线,移相器平面尺寸减小至1.81 mm×3.84 mm,相比传统五位分布式移相器,面积减小了56%,实现了器件的小型化;三是设计了一种新型的直流偏置结构,结构简单、工艺容易实现。     

Ka波段开关线型MEMS移相器的设计与研究

面向现代通信及相控阵雷达领域的需求,设计了一种移相间隔为22.5°的Ka波段4位开关线型射频MEMS移相器。主要对实现移相功能的四个移相单元进行了设计,采用台阶补偿技术优化移相单元上下通路分工选通,以提供最佳的阻抗匹配;采用直角转角结构,设计了可提高CPW直角性能的延迟线,并对应用该延迟线的4位开关线型移相器进行了总体设计。用HFSS进行建模仿真,结果表明,在0~40 GHz工作频段内,16个状态的插入损耗均小于2.15 dB,回波损耗均大于19.18 dB,驻波比均小于1.25,在40 GHz频点处的相移误差在1.57°以内,整体尺寸为10 mm²。     

一种用于RF MEMS移相器及开关可变电容的复合微桥膜结构

提出了一种基于微机械工艺的新型复合微桥膜结构，由低应力SiN／SiO2(0.5μm／50nm)及Cr／Au(30nm／1μm)构成。相应的工艺流程较为简单。对影响其特性的因素进行了理论分析，并提出了3种桥膜的平面结构；利用静电／力耦合有限元法分析了各种结构的静电驱动特性以及各阶模态，结果得到了令人满意的驱动和机械性能；通过有限元高频仿真软件对桥膜结构与共面波导形成的可调电容结构进行了分析，结果表明其具有良好的射频／微波性能。该桥膜结构适用于RF MEMS开关、移相器及开关式可调电容和滤波器等。     

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.     

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。     

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.     

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.     

MEMS移相器及其在微型通信系统中的应用

从传统移相器的构造和原理出发，进一步分析了MEMS移相器的结构、特性。结果表明，MEMS移相器具有传统移相器所无法比拟的体积小、损耗小、成本低、频带宽、易于集成等突出优点。随着高阻硅衬底在微波领域应用的扩展，MEMS移相器介质损耗大幅度降低，将能与信号处理电路一同集成于硅衬底上，便于相控阵雷达等通信系统实现微小型化。     

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。     

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( 5 V ) ,用该弹性膜制备的2 1桥压控式开关阵列——毫米波移相器的下拉电压为2 0 V时,相移量可达到3 70°/3 .5 mm以上( 3 5 GHz) ,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5 5～90°/ d B,比金可动膜结构要高