X波段MEMS硅腔折叠基片集成波导环行器芯片

通信系统向小型化、高性能、集成化的快速发展对射频组件的体积和电性能提出了苛刻的要求。设计了一种X波段硅腔折叠基片集成波导(FSIW)环行器芯片。当基片集成波导(SIW)工作于主模时,将中央的对称面等效为虚拟磁壁,沿着窄边对电磁场进行多次折叠,形成FSIW。以该技术作为设计思路,提高空间利用率,实现了FSIW整体结构的小型化。将FSIW的优势融入环行器中心结设计,使设计的环行器芯片具有高功率容量、低插入损耗、体积小、质量轻的优点。基于微电子机械系统(MEMS)工艺,以高阻硅为衬底材料,制备了该硅腔FSIW环行器芯片,芯片整体尺寸为6.5 mm×6 mm×2.5 mm,工作频率为8.5~11.5 GHz,回波损耗>18.5 dB,带内插入损耗<0.4 dB,隔离度>20 dB。

硅腔体MEMS环行器的设计与制作

设计制作了一种基于MEMS工艺的硅腔体环行器。该环行器以高阻硅为衬底材料,基于基片集成波导(SIW)技术的传输理论,采用体硅MEMS工艺和低损耗金属化技术实现了硅通孔及通孔金属化的制备。设计并仿真优化了硅腔体MEMS环行器结构,给出了一套硅腔体MEMS环行器制备的工艺流程,针对该工艺流程方案进行了关键参数的工艺误差仿真。实现了中心频率为13 GHz MEMS环行器的工艺制作和性能测试,频带内插损小于0.5 dB,电压驻波比(VSWR)小于1.25,隔离度大于20 dB,环行器尺寸仅为11.0 mm×11.0 mm×2.5 mm,远小于对应的波导腔体环行器。

基于硅MEMS腔体技术的微波带通滤波器

基于硅MEMS腔体技术的微波带通滤波器是微波通信系统中的关键器件。开发了一种利用硅MEMS腔体技术制作的微波带通滤波器。采用梳状结构四分之一波长谐振器级联形成微波带通滤波器,利用全波三维电磁场仿真设计软件进行了设计、建模、仿真和优化,并使用微机械加工(MEMS)工艺技术在高阻硅衬底上加工,形成滤波器。仿真和实测结果表明,硅MEMS腔体带通滤波器的尺寸仅为8 mm×4 mm×0.8 mm,质量不足0.1 g,并且所得仿真和实测性能结果一致性较好。与传统的金属矩形/圆形波导滤波器以及LC滤波器相比,硅MEMS腔体带通滤波器的体积和质量是前者的几百分之一。此外硅MEMS腔体带通滤波器还具有高抑制度、一致性好及易于集成等优点。

基于MEMS高阻硅基底的X波段微带天线

对基于MEMS的高阻硅基底阵列式微带天线设计、制造及测试三部分内容进行了研究。此X波段阵列式微带天线以高阻硅为基底,采用背面刻蚀基底厚度一半的空气腔,使用侧馈的方式馈电,以二等功分器构成馈电网络。针对高阻硅脆性材料,天线加工采用深槽刻蚀、电镀、溅射、切割和封装。使用HFSS软件进一步分析刻蚀深度对天线驻波比、效率和损耗等电性能的影响,最终得出刻蚀深度应控制在221～224μm。对样品天线驻波比、增益和方向图进行测试,高阻硅基底阵列式微带天线样品测试驻波比为1.79,增益大于10 dB,测试结果满足设计和项目指标要求。