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。

RF MEMS频率可重构三频PIFA天线的设计

设计了一种结合RF MEMS开关实现频率可重构的三频PIFA(planner inverted F-antenna,平面倒F天线)天线。该频率可重构天线通过变换在地层的RF MEMS开关的通断改变天线的谐振回路的物理长度,从而改变PIFA天线的工作频率。通过HFSS仿真可知,这个天线可以工作在203,498和910 MHz这三个频率为中心的频段,其相对带宽分别为18%,10%和8%,能够满足实际通信的需求。

基于MEMS开关的双频可重构天线设计

本文设计了一个工作于Ka频段的双频可重构微带缝隙天线。该可重构天线使用RF-MEMS开关来实现24GHz和30GHz两个工作频率之间的切换,且在这两个工作频率上都具有相同的输入阻抗、极化方向和辐射方向图。本文给出了天线的设计流程,最后仿真得到的结果与期望结果一致,达到了一般天线设计要求,可适用于多系统集成化应用中。

基于MEMS开关的方向图可重构天线的设计

设计了一种波束可重构天线,以实现宽带、宽角方向图可重构设计。该天线由4组具有不同波束指向的天线子阵组成,通过6个RF-MEMS开关控制其波束指向;采用的宽带单元天线,在2.4 GHz～3.4 GHz频率范围内(相对带宽34.5%),电压驻波比小于2。馈电网络的设计采用小型化宽带阻抗变换器,减小了馈电网络尺寸,并拓展了带宽。仿真结果表明,可重构天线实现了0°,25°,40°和50°的不同波束指向,除部分频点外,4种状态天线的驻波在2.5 GHz～3.25 GHz(相对带宽26%)带宽内驻波比均小于2。

基于MEMS开关双频微带缝隙天线的设计

本文设计了一种基于MEMS开关的快速切换频率的双频微带缝隙天线.通过MEMS开关的通断来改变缝隙的尺寸,从而改变电流分布,实现天线谐振频率在2.4GHz和5.8GHz之间的快速切换.分析了MEMS开关状态与天线谐振频率之间的关系.仿真结果显示,当开关断开时,微带缝隙天线的频率为2.4GHz,回波损耗达到-27dB;当开关闭合时,微带天线工作频率切换到5.8 GHz,回波损耗达到-23dB,并通过实测数据验证了仿真结果.

小型化微带缝隙可重构天线

提出了一种小型化频率电调微带缝隙天线,通过在螺旋缝隙上加载PIN开关二极管,实现了良好的频率可调特性.谐振缝隙采用平面螺旋结构,天线结构更加紧凑,尺寸较传统直缝隙天线减小了40%.由于开关直接加载于辐射很弱的螺旋非辐射缝隙,天线电调特性对开关性能的敏感程度显著降低,更容易实现频率重构特性.

馈电结构可变化的频率可重构天线

提出一种馈电结构可实时变化的频率可重构天线.利用RF MEMS开关控制天线模型中矩形加载槽的长度来实现频率可重构,从天线等效LC振荡回路和谐振回路电流路径的改变等两方面分析了频率可重构原理.研究结果表明:所设计天线能工作在L、S两波段3个频率段上,即bluetooth、DCS/GSM和GPS频段.由于3个频段天线工作在同一模式下,所以方向图几乎完全一致.并且RF MEMS开关对馈线结构的调整可解决由于可重构而改变天线口径面辐射体结构带来的匹配问题,使得天线具有良好的可重构特性的同时还满足高辐射增益,实现了一副天线多功能的目的.

Hilbert缝隙天线的频率可重构设计

设计了一种在Hilbert缝隙上加载RFMEMS(Microelectrica lmechanica lsystems)开关实现频率重构的微带天线。运用A nsoftHFSS软件,缩减了原来天线接地面的尺寸,利用RFMEMS开关控制天线上Hilbert缝隙长度来实现频率重构。设计的该天线工作在GPS/DCS/PCS/Blue Teeth以及IEEE 802.11b&g/IEEE 802.11a等5个不同的频段。还讨论了用金属片和等效的电路参数分别表示理想和非理想RFMEMS开关所得的S11参数曲线,并进行比较。就方向图而言,由于GPS/DCS/PCS频段天线工作在同一模式下,所以方向图完全一致,而工作于高次模式的Blue Teeth以及IEEE 802.11b&g/IEEE 802.11a频段,方向图明显不同。最终通过在H ilbert缝隙天线上加载RF M EM S开关后,实现了将一副天线应用到无线通信中5个频段的目的。

一种新型微带帖片天线的频率可重构设计

提出了一种新型微带贴片天线的频率可重构设计。采用一种交叉形的贴片结构，在贴片的非对称缝隙中添加RFMEMS开关，通过调节开关的通断来实现对天线频率的重构。所设计的可重构天线在0．8GHz～3．0GHz频率范围内有较为均匀的频段分布，总的工作带宽达到了400MHz，还对天线在不同开关状态下的方向图形状进行了比较。最后讨论了用金属片替代的RFMEMS开关的理想模型和等效原件替代的非理想模型对仿真结果的影响。