基于兰姆波压电谐振器的高频低相噪MEMS振荡器仿真研究

发达的现代通信设备对时钟源器件提出了更高的要求,在保障频率信号稳定的同时还需要器件具备可集成、微型化等特点,微机电系统(MEMS)振荡器因其具备这些优势,已逐渐替代传统振荡器,成为电子设备中信号源的常用元器件。该文设计了一种MEMS振荡器并对其进行仿真测试,该振荡器的核心选频器件由Lamb波压电谐振器组成,在应用于振荡电路前,对设计的MEMS谐振器进行了仿真测试,并提出两种优化其寄生模态的方法,所得谐振器的品质因数(Q)为1357.5,串联谐振频率为70.384 MHz。将优化后谐振器应用于振荡电路后,对振荡器输出信号和相位噪声进行测试,结果表明,MEMS振荡器的输出载波频率为70.58 MHz,相位噪声为-64.299 dBc/Hz@1 Hz及-144.209 dBc/Hz@10 kHz。

MEMS移相器及其在微型通信系统中的应用

从传统移相器的构造和原理出发 ,进一步分析了 MEMS移相器的结构、特性。结果表明 ,MEMS移相器具有传统移相器所无法比拟的体积小、损耗小、成本低、频带宽、易于集成等突出优点。随着高阻硅衬底在微波领域应用的扩展 ,MEMS移相器介质损耗大幅度降低 ,将能与信号处理电路一同集成于硅衬底上 。

MEMS显微干涉测量系统中相移器性能的研究

显微干涉测量方法是一种被广泛使用的高精度表面测量方法,其中相移器的性能直接影响到系统测量的精度.对MEMS测量系统中使用的压电陶瓷相移器的主要误差源,包括迟滞、非线性和蠕变等进行了分析,并对开环条件下的相移器运动进行了标定.实验分别在开环和闭环条件下测量了经过NIST认证的标准44nm台阶,说明了两种条件下的测量精度,10次测量的平均值分别为41.34nm和43.24nm,标准偏差分别为2.08nm和0.41nm.

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。

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。

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。

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。

基于RF MEMS开关的移相器设计

传统电子移相器由于损耗问题难以向更高频率发展,射频微机电系统(RF MEMS)技术的出现使其得以替代半导体开关来设计更高频率的移相器.利用具有优异RF性能的串联电阻式RFMEMS开关来进行开关线式移相器设计,通过开关切换不同的信号延迟通路,以实现从0°-180°步进22.5°的相移功能.仿真结果表明,该移相器在5.8 GHz时,插入损耗在-0.3--0.7 dB变化,输入回损低于-20 dB,相移功能正确.

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MEMS及其在相控阵系统中的应用

概述了国内外射频MEMS移相器的研究情况,分析了射频MEMS技术给相控阵系统设计带来的优势如:降低系统功耗,实现宽带阵列、自适应阵列与低成本相控阵等,介绍了国外MEMS相控阵天线实例与毫米波MEMS相控阵系统方案。

RF MEMS开关的研究进展及其应用

射频微电子机械系统（RF MEMS）开关是射频电子系统中的关键器件,首先简要介绍了RF MEMS开关的结构特点及分类方式,综述了RF MEMS开关的发展现状,列举了国内著名科研机构具有代表性的成果,并对比了其结构特点及性能参数,指出国内RF MEMS开关正向着小体积、宽频化、低驱动电压、高性能指标的方向发展。此外,还阐述了RF MEMS开关在多位移相器、可调滤波器、可重构天线等方面的应用,其在与多器件的集成和联合运用中潜力巨大。最后,分析了现有的RF MEMS开关的发展瓶颈,并展望了其以设计新结构、探寻新材料、探索新工艺、多种驱动方式相结合、多器件相集成为未来发展新方向。研发制作新的RF MEMS开关及其功能系统必将会对射频微波领域造成巨大影响。

利用微运动分析仪研究MEMS器件的运动特性

介绍了一种计算机控制的微运动分析仪(MMA),用来研究微机电系统(MEMS)中可动部件的运动特性。它采用了2种光学无损测量方法:计算机微视觉方法用于面内运动测量;相移干涉方法用于离面运动测量。这个高度集成的系统包括了高性能成像系统、驱动电路、数据采集和分析软件。MMA利用频闪照明方法冻结器件的快速运动,可以测量1 Hz^10 MHz频率的三维运动特性,达到了nm级分辨力。通过研究一个微加工多晶硅微谐振器的运动特性来说明MMA的强大功能。

基于电容电感移相单元的MEMS移相器

为减小基本结构开关线型微机电(MEMS)移相器的面积,提出了一种新型的基于电容电感移相单元的小型化3位开关线型MEMS移相器。该移相器用MEMS工艺制成的交叠结构的电容电感移相单元代替原始的延迟传输线,其90°移相单元的长度比传统90°延迟线的缩短近3/4,45°移相单元的长度比原始延迟线的缩短近1/2,有效缩小了移相器的整体面积。用HFSS(high frequency structuresimulator)软件进行了仿真及优化设计。仿真结果表明:在20GHz到40GHz频段内,45°移相单元的回波损耗优于-27.25dB,插入损耗优于-0.33dB;90°移相单元的回波损耗优于-26.25dB,插入损耗优于-0.51dB。在35GHz时,整个3位移相器能够完成0～360°、间隔为45°的移相,平均插入损耗为-2.63dB,回波损耗优于-15dB,平均相位误差为3.67°。根据仿真结果,所设计的MEMS移相器适用于35GHz小型化相控阵雷达。

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 d B,插入损耗小于1 d B。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。