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。     

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)。     

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移相器桥高度与相移量的机电集成模型及应用

移相器是控制相控阵天线空间波束捷变的方向盘,其性能的优良决定着相控阵天线性能的高低。微机电系统(MEMS)移相器优势明显,但由于相控阵天线工作环境复杂,环境载荷会导致MEMS移相器结构变形,进而直接降低整个相控阵天线的性能。为此,该文研究MEMS移相器关键结构参数和电性能之间的耦合关系,将复杂环境要素对物理结构的影响传递到结构参数和电参数上,推导出分布式MEMS移相器的机电集成模型,并利用集成模型对变形MEMS移相器进行电性能快速评估和结构公差计算。仿真结果说明了集成模型的有效性和工程应用价值。     

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。     

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。     

基于神经网络的RF MEMS移相器面向设计参数建模

以毫米波段MEMS移相器为研究对象,提出一种直接面向设计参数的建模方法。该方法直接选取分布式RF MEMS移相器的关键设计参数作为建模目标,通过HFSS仿真获得人工神经网络建模的样本数据,并使用三种神经网络对移相器的S参数及设计参数进行建模。实验结果表明,与HFSS仿真数据相比,面向设计参数直接建模的方法对于移相器中心频率f0、10dB带宽B和插入损耗最小值(33~37GHz)建模误差绝对值均值分别在0.094~0.171GHz、0.085~0.159GHz和0.040~0.048dB之间。相比于基于S参数间接建模方法的准确率均至少提高了50%。     

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。     

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。     

开关线型四位数字MEMS移相器

介绍了一种基于射频微机械串联开关设计的开关线型四位数字微机电系统(M icro-e lectrom echan ica lSystem s以下简称M EM S)移相器。该移相器集成了16个RF M EM S开关,使用了13组四分之一波长传输线和M IM接地耦合电容,有效地使开关的驱动信号和微波信号隔离,串联容性开关设计有效地降低了开关的启动电压。使用低温表面微机械工艺在360μm厚的高阻硅衬底上制作移相器,芯片尺寸4.8 mm×7.8 mm。移相器样品在片测试结果表明,频点10.1 GH z,22.5°相移位的相移误差为±0.4,°插损2.8 dB;45°位的相移误差为±1.1,°插损2.0 dB;在X波段,对16个相移态的测试结果表明,移相器的插入损耗小于4.0 dB,驻波比小于2.4,开关驱动电压为17~20 V。     

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.     

MEMS开关可重构矩形缝隙环天线的设计

提出一种基于MEMS开关的可重构矩形缝隙环天线设计.其关键部件之一是射频微波MEMS开关,选取了接触式MEMS开关.该天线为用共面波导馈电的多频率可重构天线,通过多个MEMS开关来改变矩形缝隙环天线的拓扑结构,按照一定的规则控制开关可实现多频率可重构.其结构简单,剖面低,易于与电路集成.     

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。     

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。     

串联电容式RF-MEMS开关的研制

研制了一种高电容率的电容式RF-MEMS开关.与普通电容式开关设计不同的是,在CPW信号线上的绝缘层上表面覆盖了一层金属板,使开关在down-state时,上电极能与介质膜紧密接触,而在up-state时,金属板分别与上电极及信号线平面构成一组串联电容,大大降低了Cup值,从而提高了开关的电容率.与相同条件制得的普通电容式开关相比,其电容率要高出一个数量级,达到1000以上.由测试可知,所设计的串联电容式开关其隔离度在8GHz时可达42dB,明显优于普通电容式开关.     

低驱动电压电容式RF MEMS开关结构设计优化

RFMEMS开关将成为微波、高频信号控制的关键器件。针对其驱动电压过高,不能满足现代通信系统低电压的要求,推导了电容式RFMEMS开关驱动电压的理论公式;基于降低开关柔顺结构的弹性系数、驱动电极上极板与可变电容上极板分离的思路,优化设计了三种具有不同的连接梁和支撑梁结构形式的开关微桥柔顺结构。第一种结构为驱动电极板和电容上极板之间以双直梁连接;第二种结构以一组弹性折叠梁代替结构一中的双直梁;第三种结构是在结构二的基础上,改变了起支撑作用的弹性折叠梁的方向。使用MEMS CAD软件CoventorWare对开关结构进行了机电耦合仿真,仿真结果表明开关的驱动电压小于3V。     

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.     

MEMS电容式并联开关充放电产生的电磁干扰分析

MEMS并联开关是MEMS（微机电系统）的最重要的器件之一,由于其在高频状态下表现出的高隔离度及低插入损耗,以及与半导体开关相比所具有的极低的直流功耗,故在微波领域的应用越来越受到关注。本文着重分析了开关在开关时对传播的电磁信号的影响。文中给出了MEMS电容式并联开关在充放电时的电磁模型,描述了开关在充放电时的电磁场,分析了开关在充放电时产生的变化电磁场对信号的干扰情况。     

MEMS光开关

采用 MEMS体硅工艺 ,制作了三种结构的微机械光开关 :水平驱动 2 D(二维 )光开关、垂直驱动 2 D光开关和扭摆驱动 2 D、3D(三维 )光开关 .水平驱动光开关采用单层体硅结构 ,另外两种光开关都采用了硅 -玻璃的键合结构 .它们的工作原理都基于硅数字微镜技术 .这三种光开关均采用了静电力驱动 ,具有较低的驱动电压 ,其中扭摆式光开关的驱动电压小于 15 V.对于 2 D开关阵列 ,在硅基上制作了光纤自对准耦合槽 .对后两种光开关的开关特性进行了计算机模拟与分析 ,结果表明这两种光开关具有小于 1ms的开关时间