4位开关线式mems移相器设计

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1V页目录1绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1应用背景和研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11．2研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．2．1开关线式MEMS移相器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．2．2分布式MEMS移相器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l-2．3反射型MEMS移相器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61．3研究内容和目标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．72开关线式MEMS移相器理论基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92．1开关线式MEMS移相器工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．92．2MEMS移

2、相器技术指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．102．3MEMS开关理论基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯112．3．1MEMS开关的分类与选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1l2．3．2悬臂梁接触式MEMS开关工作原理⋯⋯⋯⋯⋯．．122．3．3悬臂梁接触式MEMS开关力学理论⋯⋯⋯⋯⋯．142．3．4悬臂梁接触式MEMS开关的的电磁理论⋯⋯⋯⋯．162．4微带传输线理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯182．4．1微带传输线基本结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯182．4．2微带传输线重要特性参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．192．5辅助设计软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯．．202．5．1高频电磁场仿真软件HFSS⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．202．5．2有限元仿真软件CoventorWare⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2l2．5．3射频电路设计与仿真软件ADS⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．222．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯223开关线式MEMS移相器设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．233．1开关线式MEMS移相器设计流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．233．2设计指标与难点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．243．3开关线式MEMS移相器结构方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．253．4悬臂梁接触式MEMS开关设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．4

4、．1电磁性能参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．273．4．2机电性能参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．313．5．1MEMS移相器总体布局⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．353．5．2微带传输线设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．363．5．3SP4T开关设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．383．5．4相位延迟线结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯423．5．5驱动电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯443．5．6ADS仿真和优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯463．6混合集成MEMS移相器的结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．493．6．1相位延迟线设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5

5、03．6．2微波基板的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．513．7本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．524开关线式MEMS移相器加工⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．544．1微加工关键工艺简介⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．544．2悬臂梁接触式MEMS开关加工⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯554．2．1MEMS开关加工工艺设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．564．2．2掩模版和对位标记设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．634．2．3工艺的重点和难点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．654．3微波基板加工⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯664．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

6、⋯．68结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．69致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7l参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．72附录1：悬臂梁接触式MEMS开关结构设计图⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．76附录2：回波损耗和插入损耗仿真结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．77附录3：微波基板设计图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．83硕士学位期间发表的学术论文及研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯84西南科技大学硕士研究生学位论文第1页1绪论本章主要介绍MEMS移相器的应用背景、优点、分类以及不同类型MEMS移相器的发展状况。对本论文研究工作的意义

7、、内容和目标进行说明。1．1应用背景和研究意义移相器是一种对波的相位进行调整的器件，广泛应用于雷达系统、导弹姿态控制、加速器、通信系统、仪器仪表甚至于乐器等设备仪器中。随着相控阵雷达、微波通信系统和微波测量仪器等的迅速发展，微波移相器的应用也日益广泛，并在各系统中起着举足轻重的作用。例如，如图1—1所示，相控阵雷达的相控阵天线中具有上千万个T／R组件(transmit／receive，发射／接收)，每个T／R组件中都包含了一个移相器，则总共需要上千万个移相器，由此可见，移相器性能的好坏将对相控阵天线的性能产生直接影响⋯。相控阵

8、雷达的造价较一般雷达高出若干倍，其中T／R组件的造价占主要部分。由于移相器是T／R组件中关键的部件之一，降低移相器的成本，将显著降低相控阵雷达系统的造价。为了提升相控阵雷达的性能，对其中的移相器提出了小型、轻量、多功能、低功耗、低成本，可覆盖包括微波、毫米波和亚毫米波在内的宽