高电容比射频/微波MEMS膜开关的理论分析和数值模拟

建立了一个MEMS膜开关电容比理论模型，由于这个模型比较全面地考虑了开关阈值电压、维持电压、偏置电压和介质膜内的电场强度等因素对电容比的影响，因而能较为正确地反映开关的电容特性。用数值方法计算了影响开关电容比的因素，并对计算结果进行了分析和讨论。提出了使用脉冲电压作为偏置电压可以使介质膜gj的厚度减少到50nm，从而使开关的电容比增加到3800。最后，讨论了实现高电容比MEMS膜开关的可行性。     

双膜桥微波MEMS开关

介绍了一种双膜桥微波MEMS开关，给出了开关的设计与优化方法，建立了开关的仿真模型，使用硅表面微机械工艺制造了双膜桥开关样品，其主要结构为硅衬底上制作CPW金属传输线电极和介质层，然后制作具有微电感结构的金属膜桥，提高了开关隔离度。利用HFSS软件仿真的结果表明，该开关在微波低频段(3～6GHz)有着很好的隔离性能。研制的开关样品在片测试的电性能指标为：插损小于0．3dB，隔离度大于40dB，驱动电压小于24V。     

提高RF MEMS开关速度的电压控制方法

针对RF MEMS开关释放时间过长的问题,提出了一种电压控制方法有效地缩短了开关的释放时间,提高了开关的速度。这种方法无需修改器件设计,仅需要调整偏置电压变化形式,用线性压降替代传统的阶跃压降,就能有效抑制MEMS梁在释放过程中的振动。给出了这种方法的相关理论、等效模型及仿真结果。由ANSYS仿真结果可知,在标准大气压下,采用28μs单段线性压降后,梁的释放时间从103μs缩短到62.5μs;采用26μs双段线性压降后,梁的释放时间进一步缩短到26μs,仅为原来的1/4,即开关速度约为原来的4倍。     

一种应用于开关电容电路的0.9 V自适应偏置OTA

设计了一种应用于开关电容电路的自适应偏置的低电压、低功耗开关运算跨导放大器。采用负阻负载技术和自适应偏置技术,分别提高了放大器的增益和转换速率;采用电流镜型OTA技术降低功耗,并通过控制开关关断非工作状态下的运放电源,进一步降低了功耗。新型开关电容共模反馈电路的共模电压可在一个时钟周期内快速稳定,不增加额外功耗,不限制输出摆幅。在SMIC 0.18 μm工艺下的仿真结果表明,OTA在0.9 V供电下,直流增益达60 dB,增益带宽积为1.81 MHz,转换速率为0.94 V/μs,功耗为4.16 μW。     

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)。     

射频/微波MEMS Shunt开关的开启时间研究

本文描述了射频／微波MEMS shunt开关的理论模型和数值结论.把可动薄膜的运动近似地模拟为作用在可动薄膜上的变静电力、弹力及空气阻力的单自由度阻尼振动.给出了典型MEMS shunt开关开启时间的数学表达式及数值计算值.根据可动膜厚、材料和几何结构参数不同,得到了典型的MEMS shunt开关的开启时间大约为1~40 μs.其计算值同文献[4]的值相符得很好.本文还讨论了该理论模型和数值计算的局限性.     

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。     

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.     

低激励电压微波MEMS开关的理论分析和仿真

通过对独特的MEMS微波开关模型的理论分析,并用ConventorWare和ADS软件对其微机械结构和射频性能进行仿真,得出该开关工作在DC-4GHz时,插入损耗<1dB,在2GHz的隔离度>40dB,激励电压<5V。可知这种独特的MEMS微波开关模型利用扭转臂和杠杆的原理来达到比较低的激励电压,并且获得较高的隔离度。     

电容式MEMS开关中弹性膜应力对驱动电压的影响

详细分析了多种参数对 MEMS电容式开关驱动电压的影响 ,包括材料选取和工艺参数变化 ,并对驱动电压理论值进行计算。利用表面微机械加工技术在硅衬底上实现了电容式开关 ,测试结果表明采用 Al0 .96 Si0 .0 4弹性膜和厚胶牺牲层工艺能获得适中的剩余应力释放 ,微桥应力约为 10 6 N/m2 ,这为获得较低的开关驱动电压提供了可能。对长 1m m的 MEMS开关 ,当弹性膜厚为 0 .5μm,桥高为 3μm、桥宽为 30 μm、桥长为 2 50 μm时获得了 2 5V的驱动电压 ,S参数测试表明该电容式开关 1～ 4 0 GHz频段内的插入损耗低于 1d B。     

5G毫米波射频算法技术研究

5G毫米波射频系统的高频段大带宽特性,以及采用的混合赋形架构实现硬件链路,对系统射频算法方案的实现开发形成挑战,比如针对大带宽新空口基带信号的消峰算法,混合赋形架构下模拟链路的非线性校正,以及通道一致性校准等,从而对5G毫米波系统的功能实现、性能优化和节能增效产生重要影响。从5G毫米波相对低频设备的系统架构变化出发,总结分析了毫米波系统射频算法技术的性能影响因素和技术瓶颈,提出了毫米波射频算法技术发展方向建议。     

RF MEMS开关的桥膜弹性系数计算

桥膜弹性系数是影响RFMEMS开关启动电压的重要参量。对RFMEMS开关进行静态力学分析,指出常用的桥膜弹性系数的计算公式未考虑开关实际采用的共面波导(CPW)结构。考虑桥膜上实际的静电力分布,修正了桥膜弹性系数的计算公式。根据修正后的计算公式,进一步探讨了减小桥膜弹性系数的方法,以降低开关的启动电压。     

考虑随机频率偏移的微波炉加热

针对微波炉加热使用的微波源具有工作不稳定的特点,本文在考虑微波炉具有随机频率偏移的情况下,模拟了微波炉对德拜介质的加热。微波炉的随机频率偏移能够非常明显的影响到整个谐振腔体的加热。因此在进行色散介质加热的仿真计算时,必须要考虑随机频率偏移的影响。本文还对在微波炉中进行的微波加热实验重复性低的原因进行了分析和猜想,并建议在研究微波化学反应机理时应该采用稳定性更高的固态源。     

石英微机电陀螺的频率干扰特性研究

石英微机电陀螺是一种哥氏(Coriolis)振动陀螺,其敏感芯片采用音叉式结构,工作时音叉处于谐振状态。敏感芯片具有多阶模态,前9阶模态覆盖频率为3～21 kHz。敏感芯片的部分模态易受外部振动影响而导致敏感芯片产生共振,使陀螺产生零位偏移误差,陀螺的零位偏移误差可达0.5 (°)/s。该文分析了敏感芯片模态共振误差机理,提出通过结构错频设计避免外部环境特定频率对敏感芯片的影响,从而抑制了零位偏移误差,零位偏移误差减小到约0.03 (°)/s,提高了陀螺的振动环境适应性。     

无线通信领域MEMS器件的研究进展

无线通信技术的发展对系统小型化提出了要求,用IC技术制造的电路无源器件的性能无法满足要求,利用MEMS技术不仅能将器件小型化,与,电路集成实现单片化,并且器件性能也能达到要求。近年来,用MEMS技术制作电容、电感、开关以及谐振器等无源器件成为MEMS的又一个新的研究领域。文章简单介绍了无线通信领域MEMS器件的研究进展。     

RFID系统防碰撞算法的研究及其改进

射频识别技术中,防碰撞问题是提高系统读取效率的关键问题。文章在传统防碰撞算法的基础上,分析了ALOHA的防碰撞算法和二进制搜索算法。并提出一种改进的动态二进制搜索算法。利用曼彻斯特编码可以准确识别碰撞位的特性,当读写器检测到碰撞位之后,仅需要记录最高碰撞位和次高碰撞位的位置,并设定这两个位置上的比特数作为下次查询命令,从而使系统的传输数据量、传输时间大大减少,改进后的算法比二进制搜索算法更具优势。