MEMS輕型通信設(shè)備的射頻開關(guān)研究與應用.pdf

1、RF MEMS開關(guān)作為射頻/微波通信系統(tǒng)中實現(xiàn)信號路由轉(zhuǎn)換的重要器件，在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中越來越受到重視，已成為國際上的研究熱點。RF MEMS開關(guān)具有尺寸小、插入損耗小、隔離度大、線性度好、較寬的工作頻段、直流功率小等優(yōu)點。因此，在空中輕型通信設(shè)備中，RF MEMS開關(guān)得到了更加廣泛的應用。
　　本文首先分析了RF MEMS開關(guān)在本課題中的應用情況，提出了課題對開關(guān)功能的具體要求：開關(guān)制作要以硅基為襯底，采用表面微加工技術(shù)，能與常規(guī)

2、集成電路加工兼容，能與其他微電子電路集成；開關(guān)能控制 L/C/X三種不同頻段信號的通斷，并能與陣列微帶天線集成制造，實現(xiàn)能在 L/C/X三種不同頻段之間切換工作的多功能陣列微帶天線，這正是本論文的創(chuàng)新點。
　　通過查閱大量文獻，分析比較了內(nèi)聯(lián)式懸臂梁MEMS串聯(lián)開關(guān)、舷側(cè)式懸臂梁MEMS串聯(lián)開關(guān)和電容性MEMS并聯(lián)開關(guān)這三種典型的RF MEMS開關(guān)及各種驅(qū)動方式的優(yōu)缺點，結(jié)合工藝可行性調(diào)研和課題具體要求，確定了開關(guān)的初步方案為：靜

3、電執(zhí)行的舷側(cè)式懸臂梁電阻接觸RF MEMS串聯(lián)開關(guān)。接著建立了初步方案中開關(guān)的力學模型和電磁模型，并對模型中的彈性系數(shù)、驅(qū)動電壓、開關(guān)時間等力學性能參數(shù)和up態(tài)電容、down態(tài)電感、down態(tài)電阻、隔離度、插入損耗等電學性能參數(shù)進行了理論推導，總結(jié)出了開關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)與開關(guān)性能參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系。依據(jù)機電耦合設(shè)計方法，運用ANSYS和Ansoft HFSS軟件對不同結(jié)構(gòu)類型的開關(guān)進行耦合分析和模擬仿真，印證了理論分析的同時，比較總結(jié)出了滿足課題

4、要求的開關(guān)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸設(shè)計和材料選擇。
　　最后，在MEMS制造技術(shù)和加工工藝的學習研究基礎(chǔ)上，確定了RF MEMS開關(guān)的制造工藝流程和加工版圖，并送至成都中科院光電所進行開關(guān)的加工制造。
　　本文所設(shè)計的靜電執(zhí)行的舷側(cè)式懸臂梁電阻接觸RF MEMS串聯(lián)開關(guān)，經(jīng)分析計算可知，其懸臂梁的彈性系數(shù)能達到約12 N/m，懸臂梁的機械回復力能達到約36μN，驅(qū)動電壓約為35 V。當傳輸信號的頻率為1GHz時，開關(guān)隔離度能達到-46d