射频微机电开关及移相器的研究和优化

论文摘要

微机械电子系统(MEMS)的研究深受关注。射频MEMS器件由于其尺寸小、重量轻、低损耗等优点而倍受重视,并且已经进入小批量商业生产阶段。本文介绍了MEMS技术的基本知识。重点研究了MEMS开关及其组件MEMS移相器。RF MEMS开关方面,理论分析了电容式MEMS开关和接触式MEMS开关的工作状态、电磁特性,并仿真实现。在此基础上,分析了开关的结构参数改变对散射参量的影响。并且提出了等效电感的计算方法,低谐振频率电容式MEMS开关和宽频段电容式MEMS开关的设计方法。RF MEMS移相器方面,理论分析了分布式MEMS移相器和开关线型MEMS移相器的电磁特性和相移量,并仿真实现。抓住分布式MEMS移相器下状态时金属桥膜状态和MEMS开关的不同点,改变原本只起隔离作用的介质层。从而增加了下、上状态电容比,增加了相移,减少了激励电压,延长了移相器的工作寿命。此外,归纳总结了开关线型MEMS移相器在高频段范围设计时的注意点。本文理论、设计合理,分析方法正确,提出的仿真和验证方案可行。并对MEMS开关、移相器的下一步研究提出了建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 微机电系统的简介
• 1.1.1 微机电系统定义
• 1.1.2 微机电系统的优势
• 1.2 射频 MEMS 器件的研究与应用现状
• 1.2.1 MEMS 开关
• 1.2.2 MEMS 可调电容
• 1.2.3 MEMS 电感
• 1.3 射频 MEMS 组件的研究和应用现状
• 1.3.1 MEMS 移相器的应用
• 1.3.2 MEMS 移相器的分类
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第二章 RF MEMS 开关的研究
• 2.1 RF MEMS 开关的理论基础
• 2.1.1 共面波导传输线（Coplanar Waveguide）
• 2.1.2 电容式 MEMS 开关的分析
• 2.2 电容式 MEMS 开关设计中的重要参数
• 2.2.1 下拉电压
• 2.2.2 开关时间
• 2.2.3 开关的等效电容和电感
• 2.3 电容式 MEMS 开关的仿真实现及参数调整
• 2.3.1 仿真工具的选择
• 2.3.2 电容式 MEMS 开关的仿真实现
• 2.3.3 基于 MEMS 开关性能要求的参数调整
• 2.4 接触式 MEMS 开关的分析和实现
• 第三章电容式 MEMS 开关的优化
• 3.1 低谐振频率开关的设计
• 3.2 宽频带开关的设计
• 3.3 RF MEMS 开关的制作工艺流程简述
• 第四章 分布式 MEMS 移相器
• 4.1 分布式 MEMS 移相器理论
• 4.1.1 Bragg 截止频率的分析
• 4.1.2 等效电路分析
• 4.1.3 有耗共面波导传输线 CLR 模型
• 4.2 分布式 MEMS 移相器的实现
• 4.3 分布式 MEMS 移相器的优化设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 开关线型 MEMS 移相器的分析设计
• 5.1 开关线型 MEMS 移相器的设计
• 5.2 开关线型 MEMS 移相器的实现
• 5.3 高频段开关线型移相器的实现以及损耗分析
• 5.3.1 高频段开关线型移相器的实现
• 5.3.2 损耗分析
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文