基于CO MSO L的Ka波段分布式MEMS移相器的結(jié)構(gòu)——熱耦合分析.pdf

1、MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))器件以其體積小、多功能、成本低和功耗低等特點(diǎn),在民用和軍用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,在RF MEMS(射頻微機(jī)電)領(lǐng)域,MEMS移相器具有隔離度好、插入損耗低、控制電路耗能低和工作頻帶寬等眾多優(yōu)勢(shì),很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)移相器的不足,但是目前國(guó)內(nèi)對(duì)MEMS移相器的研究還不夠成熟,因此,本文在分別總結(jié)了RF MEMS和MEMS移相器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)以及其在相控陣?yán)走_(dá)中的應(yīng)用狀況的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一款Ka波段分布式MEMS傳輸線移相器

2、,并對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,使其綜合電性能達(dá)到最優(yōu),進(jìn)一步分析了該移相器熱功耗引起的溫度升高情況,主要包括以下內(nèi)容:
　　1)設(shè)計(jì)了分布式MEMS移相器,并在多物理場(chǎng)耦合分析軟件COMSOL Multiphysics中對(duì)其MEMS電容進(jìn)行建模和仿真分析,研究了MEMS橋的結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)與偏置電壓的電場(chǎng)之間的關(guān)系,給出了MEMS橋的位移與偏置電壓的關(guān)系,顯示鋁硅合金的微機(jī)械懸臂梁滿足MEMS移相器的低電壓和高可靠性要求。
　　2)在H

3、FSS中對(duì)其電磁物理場(chǎng)的性能進(jìn)行仿真分析,結(jié)果顯示此MEMS移相器在35GHz時(shí)可以實(shí)現(xiàn)286°的相移,在0-50GHz的范圍內(nèi),插入損耗小于-1.43dB;在35GHz時(shí)插入損耗為-1.23dB。為了得到更好的射頻/微波性能,將能夠減小損耗的新型高阻硅襯底MOS結(jié)構(gòu)的凸起式共面波導(dǎo)應(yīng)用到建立的MEMS移相器中,分析得0-50GHz時(shí)插入損耗小于-1.35dB,在35GHz時(shí)降為-1.11dB,插入損耗得到改善;并創(chuàng)建了插入損耗和相移量

4、與結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸之間的關(guān)系圖,通過(guò)確定信號(hào)線的寬度、MEMS橋的初始高度和橋?qū)挾纫约敖橘|(zhì)層的厚度這些關(guān)鍵尺寸,綜合優(yōu)化其插入損耗和相移量。
　　3)在COMSOL中對(duì)本文設(shè)計(jì)的MEMS移相器工作時(shí)的溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真,結(jié)果顯示MEMS移相器的電容溫度超出允許的溫度范圍,表明MEMS移相器的熱功率損耗是不可忽略的,工程實(shí)際中應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。并分析了MEMS薄膜橋的寬度、厚度和長(zhǎng)度對(duì)其溫度的影響,表明在MEMS移相器的設(shè)計(jì)中需要對(duì)其進(jìn)