X波段移相器中低弹性系数RF-MEMS开关的研究.pdf

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1、42传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第9期X波段移相器中低弹性系数RF—MEMS开关的研究臧法珩，丁桂甫，宿智娟(上海交通大学微纳科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室微米／纳米加工技术国家级重点实验室，上海200240)摘要：讨论了一种应用于x波段开关线型移相器中的新型低弹性系数RF—MEMS静电式开关的设计。通过对多臂梁式结构RF—MEMS开关的力学性能和电学性能进行有限元仿真和优化，开关的弹性系数为l7．63N／m。在1OGHz

2、的工作频率下，此RF—MEMS开关驱动电压为36．5V，移相器的插入损耗小于9dBt关键词：射频MEMS；开关线性移相器；插入损耗中图分类号：TN623文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)09-0042-03Research0ntheRF．MEMSswitchwithlowelasticitycoemlIlciqentintmheX．—bandpDhasesSh11ifterZANGFa—heng，DINGGui—fu，SUZhi-juan(NationalKeyLaboratoryofMicro

3、／NanoFabricationTechnology，KeyLaboratoryforThinFilmandMicrofabricationTechnologyofMinistryofEducation，ResearchInstituteofMicro／NanoScienceandTechnology，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240．China)Abstract：AnelectrostaticRF-MEMSswitchwithlOWcoefficientofela

4、sticitywasdesignedandimplementedintheX．bandswitched—linephaseshifter．Bythesimulationandoptimizationwiththefiniteelementmethodsinbothmechanicalandelectricalpropertiesofthemulti—anchoredbeams，achievedtheactuationvoltageis36．5Vandtheelasticitycoeficientis17．63N／m

5、．Intheoperationfrequencyof10GHz，theinsertionlossofthephaseshifterislimitedbelow9dB．Keywords：RF-MEMS：switchedlinephaseshiher；insertionloss0引言寸很大，不适于微型毫米波移相器的应用；FET和PIN二极MEMS开关是一种通过机械运动完成微波传输线的通管开关的截止频率较低(0．5-2THz)，在10-40GHz工作断控制的器件。随着MEMS表面微加工技术的不断成熟，频率下的隔离度较低，

6、且插入损耗较大(0．4-2．5dB)。而非硅MEMS器件的应用已从传统的力学器件拓展到对表RF—MEMS开关的截止频率可以达到2O一8OTHz，在lO一面平整度和器件功耗要求更为严格RF—MEMS领域。在众40GHz插入损耗较小，通常在0．05～0．2dB，因此，它可以多RF．MEMS器件中，静电式RF—MEMS开关和变容器是最替代传统蜂窝电话中的GaAs开关和相控阵雷达天线中的有应用前景的器件，且其研究也最为成熟。RF—MEMS开关铁氧体移相器。基于RF—MEMS开关的高电容比特性，可是为射频到毫米波段(0．1～

7、100GHz)设计的微机械开关。以将其作为高隔离度的RF开关用于共面波导或微带线移完成开关机械运动的驱动力通常由静电、电磁、压电以及电相器中。本文主要讨论了一种具有低驱动电压的新型热等方法获得。在DC至120GHz的工作频率下，静电式低弹性系数RF—MEMS并联电容式开关的力学与电学性，RF．MEMS开关具有小于一1dB的插入损耗。在静电驱并成功地将其应用于X波段共面波导(CPW)开关线型移动下，RF—MEMS开关和变容器通常可以发生约几微米的形相器中，获得了较高的隔离度，较低的插入损耗。变，从而达到微波信号的通断

8、控制或改变并联电容的效果。1RF·MEMS开关设计与分析微波与毫米波移相器是无线通信和相控阵雷达天线阵本文中所讨论的x波段移相器结构主要由CPW传输列中的重要元件。目前投入使用的移相器结构主要基于铁线和并联RF。MEMS电容开关组成。x波段开关线型移相氧体材料，PIN管以及FET开关。传统铁氧体移相器的尺器通过对传输路径的选择，达到改变信号通过的电长度，从收