一种K~D波段宽带射频MEMS开关设计

针对卫星通信、电子对抗及微波测试系统对开关提出的宽带宽、低插损、低功耗的应用需求,设计了一种K~D波段宽带射频MEMS开关。通过优化衬底材料和十字型上电极结构提高开关的带宽,降低开关的损耗。利用HFSS电磁波仿真软件对开关的几何参数进行优化计算。结果表明,所设计的射频MEMS开关可工作在18~188 GHz的频带内,且插入损耗小于1.47 dB,隔离度大于20.12 dB,其整体体积约为0.75 mm³。此开关可与移相器、延时器、谐振器等结构集成,实现宽带且低损耗的射频可重构MEMS器件及系统,可用于新一代通信及微波测试等领域。     

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。     

DC-20GHz射频MEMS开关

描述了DC－200GHz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20V,在“开”态下DC－20GHz带宽的插入损耗小于0．69dB;在“关”态下在14－18GHz时离小于13dB,在18－20GHz时隔离大于16dB。本器作为国内首只研制成功的宽带射频MEMS开关。     

一种基于Au-TiW触点的提高RF MEMS开关寿命的方法

针对基于Au-Au触点的射频微电子机械系统(RF MEMS)开关寿命低的问题,提出了一种高寿命RF MEMS开关的研制方法。对比Au与其他金属的硬度、杨氏模量以及方阻,最终选择性能优良的TiW金属作为新触点材料,其制备参数为溅射功率300 W,气压5 mTorr(1 mTorr=0.133 Pa),溅射时间1 568 s。设计了基于Au-TiW触点的RF MEMS开关工艺流程,给出了详细工艺参数,为进一步提高可靠性,设计了RF MEMS开关封装工艺流程并制作了封装样品。测试比较了基于Au-Au触点的RF MEMS开关与基于Au-TiW触点的RF MEMS开关的寿命与射频性能。结果表明,虽然基于Au-TiW触点的RF MEMS开关的射频性能有所降低,但开关寿命提高了两个数量级。该研究为提高RF MEMS开关的寿命提供了一种解决办法。     

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.     

DC-20GHz射频MEMS开关

描述了DC-20GHz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20V,在"开”态下DC-20GHz带宽的插入损耗小于0.69dB;在"关”态下在14-18GHz时隔离大于13dB,在18-20GHz时隔离大于16dB.本器件为国内首只研制成功的宽带射频MEMS开关.     

MEMS开关及其应用

介绍MEMS开关的分类、特性、制造、可靠性和应用。     

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.     

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     

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。     

用于X波段移相器的RF MEMS开关设计

针对某片上集成开关线式MEMS移相器设计了一款串联接触式悬臂梁开关。该移相器要求结构紧凑,工作频段为X波段,工作电压低于27V。利用Ansoft HFSS软件仿真分析了开关关键结构参数对电磁性能的影响,包括传输线断开间距d,接触金属与传输线之间的垂直间距h,接触金属的宽度B,总结了各参数对开关电磁性能的影响趋势,确定了本设计中各结构参数的最优取值;利用MEMS CAD软件CoventorWare对初始设计的开关进行机电耦合仿真,确定了开关的详细结构参数。仿真结果表明,设计的串联接触式悬臂梁开关驱动电压约为18V;中心频率为10GHz时,开关闭合态回波损耗为0.02dB,隔离度为36dB,导通态下,插入损耗为0.028dB。     

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。     

一种基于RF MEMS开关的四端口电子校准件设计

针对射频多端口器件微波测试需求,基于SOLT校准原理设计了一种工作频率在DC~12 GHz范围内、基于RF MEMS开关的四端口电子校准件。数值仿真结果表明,在短路状态下,器件的回波损耗小于0.15 dB;在直通状态下,器件的插入损耗小于0.5 dB,端口之间的隔离度大于20 dB;在开路状态下,器件的回波损耗小于0.3 dB,端口之间的隔离度大于25 dB;同时采用微表面加工工艺,利用磁控溅射工艺对负载电阻进行了制备,其测试结果约为50 Ω,符合设计要求。设计的基于RF MEMS开关的四端口校准件,具有射频性能好、体积小、易于集成等优点,能够满足X波段微波多端口器件在片测试的应用需求。     

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。     

用MEMS光开关实现高性能光互连网络

建立了1Gbps传输结构的高性能光互连网络，来提高计算机群系统的网络性能。它利用微机电系统(MEMS)光开关和PCI总线全带宽网络接口卡构成光互连链路。全带宽PCI接口卡总线峰值传输速率为132Mbytes／s，光信号传输速率可达1Gbps以上。用MEMS制做的全光开关减少了光—电之间的转换，提供的开关方式与数据的波长、速率和信号格式无关。因而，利用这种网络结构，可以最大限度地减少网络延迟和网络通信开销，极大地提升了机群系统的总体性能。     

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。     

射频MEMS技术在雷达中的应用现状与优势

射频MEMS技术为实现微型化、集成化及智能化,以及探索具有新原理和新功能的器件与系统提供了重要途径。概述了射频MEMS的主要优势和在雷达领域的主要应用方向,在此基础上重点介绍了国外基于射频MEMS技术的T/R组件设计、X波段相控阵天线演示验证系统及针对Ka波段低成本无源相控阵的探索情况,并给出了新一代MEMS高集成度电子扫描阵列研究项目的最新进展。