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。

一种新型的分布式MEMS移相器的小型化设计

通过在共面波导信号线上贴敷低介电常数的薄层绝缘介质,使得MEMS金属桥与共面波导信号线在“关”态下形成MIM电容的方法,实现了提高“关”“开”两种状态下的电容比,从而提高了单位长度上的相移量.与传统的设计方法相比,在达到同样相移量指标的情况下仅需少量的MEMS金属桥就可以实现,工作的可靠性得到提高,未封装MEMS移相器器件的总体尺寸可以减小60%左右,此外由于在“关”态下,金属桥直接贴敷在介质表面上而不会随着外界环境震动,因此移相器的相移精度显著的提高.

基于Ka波段分布式MEMS移相器芯片微封装研究(英文)

本文提出一种适用于Ka波段分布式MEMS移相器的新型封装结构——具有垂直互连线的薄硅作为分布式MEMS移相器衬底,并用芯片微封装方法对移相器进行封装。采用CST模拟软件研究封装结构对移相器射频性能影响,模拟结构表明:当封装结构衬底厚度、垂直互连线半径和空腔高度分别为450μm、50μm和80μm时,Ka波段分布式MEMS移相器的插入损耗小于0．55 dB,回波损耗优于12 dB,相移量具有很好的线性关系,说明该新型封装结构非常适合RF MEMS器件低成本批量封装。

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.

分布式MEMS移相器电容开关时间响应特性研究

提出一种适合于分析微波分布式MEMS移相器静电驱动电容开关的开启时间和动态特性的新方法。采用IntelliSuite^(TM)模拟工具的SYNPLE模块研究材料、驱动电压、MEMS桥高度和共面波导信号线宽度对电容开启时间的影响。通过优化参数,分析结果表明:对于金电容开关,V=40 V、g_0=2.5μm和W=100μm,开关的开启时间为～7μs。

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。

一种90°分布式MEMS移相器的设计

RFMEMS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。通过在共面波导信号线上贴敷低介电常数的薄层绝缘介质,使得MEMS金属桥与共面波导信号线在"关"态下形成MIM电容的方法,实现了提高"关""开"两种状态下的电容比,从而提高了单位长度上的相移量。在Ka波段下,建立90°分布式MEMS移相器的等效电路,并对其进行了仿真优化,达到要求的技术指标。

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。

基于分布式射频MEMS移相器电容开关的分析与设计

通过分析MEMS电容开关的工作原理,设计出一种适合分布式射频MEMS移相器电路的新型电容开关.采用Intel-lisuiteTM软件优化电容开关的驱动电压、响应时间、释放时间和机械振动模式.结果表明,开关驱动电压为2.5V、响应时间小于30μs,释放时间大于60μs和所有振动模式固有频率都大于15KHz.与普通开关结构比较,该新型电容开关结构具有优越射频机电性能和响应时间,同时也对电容开关的制备工艺进行分析.

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。

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RF MEMS开关的4位分布式移相器的设计

RF MEMS移相器与传统移相器相比,具有低损耗、频带宽、微型化,同时与IC、MMIC电路易于集成等特点,文中设计一种Ka波段DMTL型RF MEMS移相器,采用了15个MEMS电容式并联开关,同时在MEMS开关中加入MIM电容,实现了4位相移。文中对Ka波段4位RF MEMS移相器进行设计与分析,通过MEMS开关的切换实现信号延迟通路,0-180°步进22.5°的相移功能。通过改变驱动电压从而调整MEMS桥的高度,仿真测得开关理论下压电压为18.9 V。仿真结果表明在中心频率31 GHz时,其插入损耗大于-2.2 d B,回波损耗小于-25 d B,相移误差在1.5°范围内,移相器具有较好的移相性能。

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6 V。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。

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。

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 。

低电压驱动的硅基Ka波段级联式MEMS移相器

通过在共平面波导上周期性地分布微机械电容 ,外加电压驱动改变电容值 ,可实现级联式MEMS移相器 .本文讨论了优化相移特性对共平面波导特性阻抗及下拉电压的要求 ,通过工艺参数优化制备了高阻硅基上的Ka波段级联式MEMS移相器 ,测试结果表明制备器件具有较低的驱动电压 ,8V时即产生明显的相移量 ,在 36GHz处 15V驱动电压时相移量为 118°,2 5V时为 2 86°.对微结构弹性膜的机械振动寿命测试表明 ,13级级联的MEMS移相器所有弹性膜同步振动的寿命为 3× 10 6次 .为器件的实用化提供了重要保障 .

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。

Ka波段DMTL移相器用RFMEMS电容式并联开关研制(英文)

本文设计并制作了一种用于Ka波段分布式MEMS传输线(DMTL)移相器的MEMS电容式并联开关.通过理论计算和工程经验,大致定义了开关的结构尺寸.采用HFSS软件建立了开关的三维电磁场模型并优化了关键结构参数.仿真表明:开关在Ka波段插入损耗小于0.15 dB,回波损耗大于15 dB.采用CoventorWare软件进行了开关的机电耦合仿真,得出其驱动电压为2.1 V.为了满足流片单位表面微加工工艺的约束,对开关的设计版图和微加工工艺进行了多轮改进,得到初步的MEMS电容式并联开关工艺样品.单个MEMS开关的动态特性测试结果表明:施加36 V驱动电压时,微桥下拉的高度约为2μm.测得的36 V驱动电压与初始设计的2.1 V有较大的差异,原因在于限于流片单位的工艺约束,临时修改了结构设计,主要变化是增加了微桥的高度以及微桥(即上电极)与下电极之间的初始间距.

压控式毫米波MEMS移相器的可动薄膜

介绍了采用金、铝硅合金等金属分别用作压控式 RF MEMS开关阵列——移相器的可动薄膜 ,实验表明金的延展性比较好 ,弹性比铝硅合金稍差 ,启动电压较高 .相比较含硅 4%的轻质量铝硅合金具有较低的启动电压( 5 V ) ,用该弹性膜制备的 2 1桥压控式开关阵列——毫米波移相器的下拉电压为 2 0 V时 ,相移量可达到 3 70°/3 .5 mm以上 ( 3 5 GHz) ,并能在不同的控制电压下根据要求改变相移量 ,其传输损耗为 5 5～ 90°/ d B。

微波MEMS移相器的特性分析与实现

从移相器的基本原理出发,分别介绍了开关线型、耦合器型和加载线型三种采用微机械加工技术制备而成的微波MEMS移相器的结构特点和工作原理。在此基础上,设计制备了CPW分布式加载线型MEMS移相器,并进行测试和分析,结果表明MEMS移相器较传统的移相器有微型化、低损耗、低成本、宽带等突出优点。