低电压电容式RF MEMS开关设计研究

本文设计了一种低电压电容式RFMEMS开关,开关采用了两端固支梁结构,在梁与CPW共面波导地线的四个固定支撑位置使用了折叠结构,该结构可以减低下拉电压;通过在MEMS开关梁上开孔（直径9μm圆孔）来减小残余应力和杨氏模量和选择合适的开关梁厚度,显著降低了MEMS开关梁的弹性系数和下拉电压。以上措施显著降低了电容式RFMEMS开关的下拉电压,在ANSYS仿真下拉电压约为6V,驱动电压约为8.4V,该MEMS开关依旧保持了较好的S参数,开关插入损耗大于-0.35dB(8-40GHz),回波损耗小于-22dB(8-40GHz),隔离度（down态S21）大于25dB(8-40GHz)。     

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。     

翘板式射频MEMS开关的研究

提出了一种新型的翘板式静电射频微系统开关,给出了理论模拟,结构分析结果和工艺制作方法。该结构采用了5μm厚的无应力单晶硅作为开关的可动部分,可以缓解薄膜应力变形。翘板式结构解决了传统静电设计中动作力弱的问题,并且通过调整支点解决了开关回复力不可调的难题。利用该结构可以在保持高隔离度的同时使驱动电压降低,有限元理论模拟驱动电压为5~10V;采用翘板式结构增加了开关的使用周期,而且结构自身具有单刀双掷特点,可以直接应用于高频通信的频道选择。给出了开关共面波导传输线的测试结果和设计讨论。     

一种新型RF MEMS 单刀双掷开关的设计与仿真

本文介绍了一种利用单驱动电压控制通路选择的新型RF MEMS单刀双掷开关,利用三维仿真软件Ansoft HFSS和ANSYS进行仿真和优化设计该开关的性能。仿真结果表明：驱动电压为22V,开关时间为22μs,在中心频率30GHz处,开关处于down状态下的插入损耗为0.42dB,回波损耗为43dB,隔离度为29dB;而当开关处于up状态的插入损耗为0.53dB,回波损耗为19dB,隔离度为28dB,该开关的性能仿真和优化设计达到理想情况。     

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.     

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.     

斜拉梁结构的RF-MEMS开关制作研究

介绍了一种新型斜拉梁结构的电容耦合式开关的制作.该开关的上电极采用斜拉梁支撑结构以提高上电极的平整性和开关整体的可靠性,通过优化开关的结构,将开关的谐振点频率降低到20 GHz附近.制作过程中将平面工艺和垂直喷镀工艺相结合,获得了较厚的共面波导传输线.开关的驱动电压为20 V,在20 GHz下,＂开＂态插入损耗为1.03 dB,＂关＂态隔离度为26.5 dB.     

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.     

基于单晶硅梁的静电RF MEMS开关

RFMEMS开关是低功耗、低损耗高频通讯电路和系统的关键部件,静电驱动RFMEMS开关因具有零直流功耗、开关时间短、结构简单、易集成的优点而成为研究热点,但是驱动电压高、薄膜应力变形严重、寿命短等问题制约了其发展,提出了一种基于单晶硅梁的推拉式静电RFMEMS开关结构,能够解决静电RFMEMS现有的缺陷。     

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.     

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。     

Wideband DC-contact MEMS series switch

The demonstration of a wideband DC-contact MEMS series switch on an alumina substrate is reported. The switch is based on a cantilever beam design. The tip of the cantilever beam was formed into a fork tip design, and its RF performance was measured and compared with a regular rectangular tip. This design reduced up-state capacitance from 10 to 3.8 fF. The beam with fork tip exhibited high isolation: -39, -32 and -17.3 dB at 5, 10 and 77 GHz, respectively. The measured insertion loss was -0.142, -0.172 and 0.36 dB at 5, 10 and 77 GHz, respectively. The switch had low actuation voltage (⩽39 V) and a relatively fast switching time of 45 s. To our knowledge, this is the first demonstration of a high-performance cantilever beam design DC-contact MEMS series switch at W-band frequencies.     

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。     

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。     

A novel pull-up type RF MEMS switch with low actuation voltage

We report a novel pull-up type radio frequency (RF) microelectromechanical system (MEMS) switch with no elastic deformation of the cantilever involved in the actuation. At a voltage of 4.5V, reliable actuations are achieved such that the movable lower contact pad is pulled up by the electrostatic force to make contact with the upper pad. At a frequency of 50GHz, an insertion loss of 0.5dB, a return loss of 12.4dB, and an isolation of 55dB are obtained from the switch. The measured transient times for switch-on and switch-off are 120 and 130ns, respectively. Compared to the MEMS switches reported thus far, the pull-up type switch shows the best switching speed and isolation characteristic at 50GHz.     

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.     

Low-voltage high-isolation DC-to-RF MEMS switch based on an S-shaped film actuator

This paper presents a new electrostatically actuated microelectromechanical series switch for switching dc to radio frequency (RF) signals. The device is based on a flexible S-shaped film moving between a top and a bottom electrode in touch-mode actuation. This concept, in contrast to most other microelectrochemical systems (MEMS) switches, allows a design with a low actuation voltage independent of the off-state gap height. This makes larger nominal switching contact areas for lower insertion loss possible, by obtaining high isolation in the off-state. The actuation voltages of the first prototype switches are 12 V to open, and 15.8 V to close the metal contact. The RF isolation with a gap distance of 14.2 /spl mu/m is better than -45 dB up to 2 GHz and -30 dB at 15 GHz despite a large nominal switching contact area of 3500 /spl mu/m/sup 2/.