Ka波段MEMS分布线式移相器特性的仿真研究

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1、2011年2月宇航计测技术Feb．，2011第3l卷第1期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．31，No．1文章编号：1000—7202(2011)Ol一0012—05中图分类号：TN623Ka波段MEMS分布线式移相器特性的仿真研究甄可龙1吕善伟1张龙2张岩1(1．北京航空航天大学北京100191；2．中国空空导弹研究院，洛阳471009)文献标识码：A摘要在理想共面波导CPW(coplanar·waveguide)上周期性加载微电子机械系统MEMS(Micro．Electro．Me-chanicalSystems)开关，

2、实现了4位l(a波段分布线式DMTL(distributedMEMStransmissionline)移相器的建模和仿真。通过改变驱动电压来调整MEMS桥的高度，从而改变CPW的相速达到实时延迟。并采用HFSS全波分析和ADS电路分析工具，经仿真计算表明在38GHz以下移相器具有良好的移相精度(3。)、较低的插损(S2。在一10dB以下)及回波损耗(S，。<一4dB)，在弹载相控阵收发组件上具有较大应用价值。关键词微电子机械系统移相器l(a波段SimulationofaKa-BandPhaseShifterUsingDistributedMEMSTransmissionLineSt

3、ructureZHENKe—lon91LVShan—weilZHANGLon92ZHANGYanl(1．BeihangUniversity，Bering100191；2．Chinaair—bornemissileacademy，Luoyang471009)AbstractThe4-bitKa．bandDMTL(distributedMEMStransmissionline)Phase。ShifterdesignconsistsofaCPW(coplanar—waveguide)transmissionlinemodeledon1001_LmGaAssubstrate，withMEM

4、Sbridgecapacitorsplacedperiodicallyoverthetransmissionline．BychangingtheheightoftheMEMSbridge．theCPWlinecanvarythephasevelocitytoyieldatruetimedelayphaseshift．nefullwavesimulatedresultsdemonstratethatbelow38GHz，S11andS2lcanachievebelow一10dBandhigh一4dBrespectively．withsmallerthan3ophaseshiftere

5、rror．KeywordsMEMSPhase．．ShifterKa．．band1引言相控阵技术具有高速度、多目标、抗干扰、智能化等优点，被广泛应用在制导、通信、及电子战等领域，并且向着更轻更小更低功耗方向发展。随着工作频率向毫米波的扩展，相控阵的重要组成部件——移相器的插损和功耗也随之增加。而射频MEMS微波器件凭借在微波和毫米波段具有低损耗、高线性、小功耗、宽频带以及与MMIC工艺町以很好兼容的特点，近年在国内外研究领域引起重视¨”1，基于MEMS开关的开关线型、负载线型，以及3dB耦合器反射型移相器都有相关报基金项目：航空科学基金资助(20100151003)，国家自然科学基金

6、资助项目(60901001)。第1期Ka波段MEMS分布线式移相器特性的仿真研究·13·道M矗】，其中负载线型移相器在高频段表现出良好的性能和应用前景"1。在研究DMTL移相器原理基础上，应用高频电磁分析工具HFSS完成了Ka波段移相器基本单元——并联MEMS开关以及4位分布线式移相器的建模和仿真分析，并得出了相关的结论。(a)俯视图2分布线移相器的原理和仿真2．1射频MEMS开关原理及仿真射频MEMS开关通过机械运动来控制射频信号的通断，在插损和线性方面具有卓越的性能，广泛应用在射频至毫米波范围。图l给出了构成DMTL移相器的基本单元——并联电容式MEMS开关的结构和等效电路示意

7、图。狐耶桥介质层(b)横截面(c)等效电路图1MEMS并联电容式开关的结构和等效电路图开关由悬浮在CPW上、两端固定在CPW接地线的金属膜桥构成，当在CPW导带和膜桥之间施加驱动电压，静电引力便使膜桥向下偏移。此时平板电容器的静电能量为式(1)耽：寻c俨：导鱼等(1)‘‘g+兰式中：卜施加在CPW导带与膜桥之间的驱动电压；A—Pw导带距膜桥之间重叠面积；rcPw导带距膜桥的高度；k和占，——下电极上覆盖的介质层的厚度和介电常数；80——空气介电常数。由静电能量式(1)