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。     

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.     

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．     

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。     

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。     

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。     

驱动与信号隔离的单刀双掷RF MEMS开关

设计了一种基于横向金属接触的DC-5 GHz单刀双掷RF MEMS开关,该开关包括一套有限地共面波导(FGCPW)传输线和左右摆动的悬臂梁。利用绝缘的介质层实现了驱动信号与射频信号的隔离,提高了开关的性能。根据开关的拓扑结构,提出相应的等效电路,并据此实现开关射频性能的优化设计。开关利用MetalMUMPs工艺实现,测试结果显示,该开关在5GHz的插入损耗为0.8dB,回波损耗大于20dB,隔离度为40dB。测得开关的开启电压为59V。     

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。     

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。     

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.     

RF MEMS技术对小型化雷达的作用

该文采用至上而下的方式,介绍了应用RF MEMS技术的雷达系统,将雷达子系统与RF MEMS技术联系起来,具体分析了应用于雷达的RF MEMS开关、移相器、滤波器和谐振器。同时,文中以开关和移相器为例,讨论了如何提高RFMEMS雷达的性能:修改空气桥形状可以提高RF MEMS收发(T/R)组件的功率处理能力,从而减少雷达相控阵的T/R组件数量;缩短转换时间的RF MEMS移相器能够应用于高速电扫描阵列;蜿蜒型5位分布式MEMS传输线移相器面积仅为5.36mm×4.72mm,相比传统移相器长度降低70%,易于实现雷达阵列的小型化。     

悬臂梁接触式RF MEMS串联开关工艺设计

报道了一款用于X波段的悬臂梁接触式RF MEMS串联开关的微加工工艺设计。首先,介绍了该悬臂梁接触式MEMS串联开关的基本工作原理;然后,简单描述了其结构组成和尺寸参数;最后,对掩膜版和对位标记的设计做了相应介绍。工艺方案设计包括初步工艺设计和根据实际加工条件的方案优化设计。初步工艺方案中加工步骤繁琐并需要两层牺牲层,制作难度大,难以保证较高的成品率。考虑实际加工条件的优化设计,采用聚酰亚胺作为牺牲层,使得牺牲层减少到一层。利用PECVD工艺沉积SixNy和溅射Au工艺得到了悬臂梁结构,简化了工艺流程,可提高工艺成品率。     

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.     

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.     

电磁驱动推拉式射频MEMS开关的设计与制作

提出了一种新型电磁驱动推拉式射频MEMS开关。针对传统静电驱动单臂梁开关所需驱动电压大、恢复力不足等问题,设计了一种推拉式开关结构,降低了驱动电压(电流),提高了开关的隔离度,同时实现了单刀双掷的功能。单晶Si梁由于自身无应力,解决了悬臂梁残余应力引起的梁变形问题。通过理论计算和有限元分析,优化了开关设计尺寸,在外围永磁铁磁感应梯度dB/dz=100T/m,在线圈通入100mA电流的驱动下,单晶Si扭转梁末端可以获得约10μm的弯曲量,满足开关驱动要求。给出了开关的详细微细加工流程,对开关的传输参数进行了测试,在10GHz时隔离度为-40dB.     

Frequency Scalable Model for MEMS Capacitive Shunt Switches at Millimeter-Wave Frequencies

This paper presents an approach to RF microelectromechanical systems (MEMS) capacitive shunt switch design from $K$-band up to $W$-band based on the scalability of the RF MEMS switch with frequency. The parameters of the switch's equivalent-circuit model also follow scaling rules. The measurement results of the fabricated switches show an excellent agreement with simulations that allow to validate the MEMS model in the entire band from 20 up to 94 GHz. This model is going to be used in the phase shifter circuit design for antenna array applications. The first 60-GHz phase shifter results are also reported here.      

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。