射频微机电系统技术现状

较全面地介绍了 RF MEMS 器件、由 RF 器件构成的组件及应用系统,并给出了一些新的典型示例。通过比较 RF MEMS 器件与传统微波器件在性能、尺寸等各方面的差别,可以了解 RF MEMS 技术在相控阵雷达上运用的优势。

电容式射频微机电系统开关损耗机制(英文)

插入损耗是射频微机电系统(RF MEMS)开关的关键性能指标之一。电容式RF MEMS开关是一种适合高频应用的开关器件,对其损耗机制进行了研究。电容式RF MEMS开关的射频损耗主要包括四部分:信号线的导体损耗、衬底损耗、辐射损耗以及MEMS桥损耗。对电容式RF MEMS开关建立了损耗模型并进行了数值计算,同时在HFSS有限元软件中进行了电磁仿真,数值计算结果和有限元仿真结果较好的吻合。此外,对影响电容式RF MEMS开关插入损耗的因素进行了分析,结果表明,高阻抗的衬底、200μm左右的导体宽度、较小的导体厚度以及较小的up态电容能够降低开关的插入损耗,提高开关的射频性能。

射频微机电系统的军用潜力、开发现状及发展战略研究

从固态微波应用中的潜在优势出发,对RF MEMS的发展概况及前景作出评论。

具有斜拉梁的串联接触式射频微机电系统开关

为解决悬臂梁结构的射频微机电系统开关在残余应力的作用下会发生翘曲的问题,提出在悬臂梁的顶端引入斜拉梁的方法。使用Al/Au复合桥膜作为射频微机电系统开关的上电极,实现了Au-Au接触,利用BorofloatTM玻璃作为衬底,使用电阻对导通状态下的射频信号与驱动电极旁路进行隔离,使它的射频性能不受驱动电压的影响。测试表明:隔离度在12 GHz的频率下,插入损耗和隔离度分别为-0.29 dB和-20 dB。该射频微机电系统开关适合于DC-X波段的应用。

射频微机电系统实现“理想开关”

20年前,射频电路的专业工程师设想了一种“理想开关”。这种开关在“接通”时的电阻非常低,在“断开”时的电阻非常高,它体积小巧、速度快,便于制造,能够切换相当大的电流,可以耐受数十亿次开关转换,开关只需很少的电力。它还能毫无失真地传导数十至数百千兆赫的信号(近乎完美的线性度)。

射频螺线管微电感的设计和仿真

为了获得高性能MEMS螺线管微电感,考虑了几何结构参数对微电感性能的影响,用HFSS软件对特定结构的微电感进行仿真,仿真结果与实验研制的测量结果基本相符.测试结果表明微电感在较宽的工作频率范围内具有高Q值,可以应用在无线通讯领域.

薄膜体声波谐振器的梯形射频滤波器设计

从Mason等效电路模型出发,研究了基于薄膜体声波谐振器的梯形结构射频滤波器的设计。以往的研究中都没有考虑到介质的声损耗,这样得到的滤波器频响中就未计入插入损耗的影响。采用射频网络方法对薄膜体声波谐振器建模,并在模型中加入了介质声损耗的影响,然后就基于薄膜体声波谐振器的梯形射频滤波器的传输响应、带宽、插入损耗、阻带抑制以及带内波纹情况进行了分析和讨论。

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。

静电驱动可调微机械电容

利用简单MEMS技术制作了高品质因数的射频可调微机械电容.此电容由静电驱动,利用WYKONT1100光学表面轮廓仪测量在不同外加直流电压下可变电容的表面轮廓和位移等信息.测试结果表明,电容的吸合电压为13.5V,电容可调比为1.31:1,在1GHz下品质因数为51.6,电容值为0.79pF.

压电谐振滤波器的高频谐波响应(英文)

提出压电谐振滤波器不能很好地滤除高频谐波的问题,结合一个具体例子理论推导了压电谐振滤波器存在许多干扰谐振频率,从而不能有效滤除一些特定频率的干扰信号.为了解决这个问题,提出一种改进型的静电激励谐振滤波器.为了说明其可行性,具体分析了改进型双端固支微梁静电激励谐振滤波器,理论推导证实基于双端固支微梁的各阶振型正交的原理,通过适当调整激振电容的间距,双端固支微梁的高阶振动模态受到很好的抑制,因此这种谐振滤波器可以有效阻止滤波器中心频率的高频谐波的通过.

“星”型射频MEMS四刀四掷开关的设计

为了解决传统开关可控通道较少、尺寸较大、插入损耗较高等问题,以射频微机电系统(MEMS)单刀单掷开关为基础,设计了“星”型的射频MEMS四刀四掷开关,可控制多通道信号导通与断开。采用HFSS仿真软件,对设计的器件的插入损耗、隔离度及驻波比等关键参数进行优化。结果表明:当工作频段为DC~26.5 GHz时,射频MEMS四刀四掷开关插损优于1.19 dB@26.5 GHz,隔离度优于31.75 dB@26.5 GHz,驻波比小于1.7,整体尺寸为1.2 mm×2.174 mm×0.51 mm。本文设计的四刀四掷开关具有低插损、小体积、多通道可调等的优点,可与功分器、移相器、延时器、天线等单片集成,用于通信、雷达、导航及微波测试仪器等系统中,实现多通道信号分配、移相、延时及可重构的功能。

以MEMS技术实现射频单芯片

射频(RF)系统芯片(SoC)一直是业界追求的理想器件,目的是为了让无线通信产品轻薄短小。本文将简介如何利用MEMS工艺来改善元件特性,以证明RF MEMS对于射频SoC不只可行而且更是势在必行。

高性能螺线管微电感的制作

利用MEMS技术制作了高性能的空芯螺线管型射频微机械电感.这种微电感采用铜线圈以减小线圈寄生电阻,整个微电感的面积是880μm×350μm,与平面螺旋型微电感相比,有效地节省了芯片面积.测试结果表明,微电感在较宽的工作频率范围内具有高Q值,微电感最大Q值为38(@6GHz),对应的电感量为1·82nH.

一种基于体硅工艺的微机械可调节椭圆低通滤波器

提出了一种椭圆低通可调滤波器的调谐方法,即通过调节第一传输零点(FTZ)来改变3dB截止频率Tc。解析计算表明,小范围内改变FTZ既可调节Tc和滚降速率,又能保证通带和阻带的特性基本不变。作者提出FTZ的移动可由串联谐振支路处容性MEMS开关的分布加载来实现,并基于微扰法求出器件中心谐振频率及特性的变化规律。本文相应设计了Tc为16GHz的7阶步进式滤波器。高频有限元全波仿真表明,每加载一个MEMS开关,Tc改变约1.5GHz,损耗特性则几乎不变。这证明了理论分析方法有较高的准确性,而且器件设计具有数字化调节能力和较出色的微波性能。这种方法也可用于高通和带通滤波器。论文还介绍了器件的体硅微加工流程及MEMS开关的初步加工结果。

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。

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)。

一种新型三谐振点电容式RF MEMS开关

给出了改进的电容式开关等效电路模型以及基于该电路模型的一种新型的多频段工作的电容式RFMEMS开关的设计和制作研究。分析表明，当开关的上电极为多支撑梁结构时，需要对传统的开关等效电路加以改进。利用新型等效电路模型进行模拟发现，通过适当的参数选择，可以获得多谐振点开关。不仅可以在多个频段适用，并且可以适用于较低频段。设计了一种可工作在X波段下的三谐振点电容式RFMEMS开关，并在高阻硅衬底上采用表面微加工工艺制备了开关样品。三谐振点开关的在片测试结果为：驱动电压为7V，“开”态的插入损耗为0．69dB@10．4GHz，“关”态的隔离度为30．8dB@10．4GHz，其微波性能在0～13．5GHz频段下优于类似结构的传统单谐振点开关。

X波段MEMS可变电容的设计与制作

对一种适合于X波段通信系统的RF MEMS可变电容进行了结构设计和工艺实现。该电容用高阻硅作为衬底材料,采用凹形和T形梁结构,整个结构由金材料组成;静电驱动,采用驱动信号与微波信号分离的方法。用有限元分析软件Ansys对该电容进行了模拟,随着驱动电压的变化,电容上极板产生位移变化,电容值相应地发生变化;设计了相应的工艺流程,实现了X波段MEMS可变电容的工艺制作和测试,该工艺与集成电路工艺兼容。S参数测试结果表明,在9GHz时Q值可达32.5,电容调节范围为28.8%。

RF MEMS开关的静电斥力驱动研究

针对射频微机电系统(RF MEMS)开关工作时因介质充电而发生"粘连"失效的问题,提出了利用静电斥力驱动替代传统的静电引力驱动方式,使RF MEMS开关在工作时介质层不存在电势差,从根源上消除介质充电。通过COMSOL仿真软件,分析了静电斥力的产生机理,重点探究了静电斥力驱动结构中尺寸参数对可动极板位移的影响,并通过结构优化有效降低了驱动电压,为开关后续设计提供了参考。