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低驱动电压RF MEMS电容式开关设计及分析

作　者: 伍文昌
导　师: 鲍景富
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: MEMS F-V类比射频开关静电执行机电等效电路模型
分类号: TM564
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

伴随着微机电(Micro Electro Mechanical Systems)技术的逐步成熟,其微型化、低功耗、高品质因数的优良特性得以展现。同时,RF MEMS技术在汽车安全、电子通信、测试设备、航天航空及国防等重要领域的应用及广阔的发展前景,也使RF MEMS技术变的越来越重要。RF MEMS电容开关是微机电系统中最重要的器件之一,也是目前技术最成熟,应用最广泛的微机电系统器件之一,本文主要工作即为设计低驱动电压RF MEMS电容开关,分析其机电特性。本文的主要工作有:1.分析出下拉效应出现的原因,推导出下拉电压求解公式。2.设计出了具有低驱动电压的RF MEMS电容式开关。3.对设计出的RF MEMS电容式开关进行了详细的机电分析。4.推导出RF MEMS等效电路模型(F-V类比方法),求解出模型中参数值给出将其应用于开关设计的方法。在本文中,首先介绍了RF MEMS开关的优缺点,给出它的重要参数,然后给出了详细的低驱动电压RF MEMS开关设计流程,并设计出低驱动电压(小于35V),低插损(-0.32dB)的MEMS开关,并对开关系统的机电特性做了认真分析,最后给出了将等效电路模型应用于开关设计的方法以及在开关设计中如何考虑残余应力和介质平坦度等有关工艺的问题。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 MEMS 技术概述  8-12
    1.1.1 MEMS 技术起源与发展  8-9
    1.1.2 RF MEMS 技术起源与RF MEMS 开关  9-10
    1.1.3 RF MEMS 开关优缺点  10-12
  1.2 国内外发展状况以及经验  12-14
    1.2.1 国内外MEMS 商业发展状况  12-13
    1.2.2 国内外MEMS 发展经验及反思  13-14
  1.3 本文的主要工作  14-15
第二章 RF MEMS 开关重要理论分析  15-23
  2.1 RF MEMS 开关种类与特点介绍  15
  2.2 RF MEMS 并联电容式开关原理  15-18
  2.3 RF MEMS 开关下拉效应（Pull-in）分析  18-21
    2.3.1 下拉效应（Pull-in effect）现象及产生原因  18-19
    2.3.2 平衡位置的求解  19-21
  2.4 RF MEMS 电容式开关的自激励现象与失效机理  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章 RF MEMS 开关设计及机电性能仿真  23-62
  3.1 RF MEMS 开关重要性能指标及典型参数范围  23-27
    3.1.1 RF MEMS 开关主要性能指标  23-25
    3.1.2 RF MEMS 电容式开关典型参数范围  25-27
  3.2 RF MEMS 电容开关设计及其机电特性分析  27-61
    3.2.1 X 波段五位数字移相器设计  27-29
    3.2.2 第一种 RF MEMS 电容式开关设计及机电分析  29-48
    3.2.3 第一种 RF MEMS 电容式开关设计结果  48-49
    3.2.4 第二种 RF MEMS 电容式开关设计及机电分析  49-60
    3.2.5 第二种 RF MEMS 电容式开关设计结果  60-61
  3.3 本章小结  61-62
第四章 RF MEMS 开关等效电路模型推导及开关设计中应用  62-82
  4.1 F-V，F-I 类比方法推导MEMS 电容式并联开关等效电路  62-66
    4.1.1 机电类比法理念介绍  62-63
    4.1.2 F-V 类比方法推导RF MEMS 开关等效电路模型  63-66
  4.2 RF MEMS 开关等效电路中元件参数的求解  66-70
    4.2.1 RF MEMS 开关电路模型整体分析  66-67
    4.2.2 RF MEMS 开关等效电路模型参数的数学计算方法  67-69
    4.2.3 RF MEMS 电容式开关RCL 模型参数与S 参数的关系  69-70
  4.3 开关RCL 等效电路模型器件参数的求取与分析  70-77
    4.3.1 开关设计参数及共面波导（CPW）设置  70-71
    4.3.2 等效电路在up 态时的参数值  71-72
    4.3.3 等效电路在down 态时的参数值  72-77
  4.4 等效电路模型在开关设计中应用  77-80
    4.4.1 等效电路模型分析MEMS 开关梁宽度变化对开关插损的影响  77-79
    4.4.2 等效电路模型分析MEMS 开关间隙变化对开关插损的影响  79-80
  4.5 本章小结  80-82
第五章 RF MEMS 电容式开关测试方案  82-86
  5.1 RF MEMS 电容式开关测试方案设计  82-83
  5.2 RF MEMS 开关可靠性  83-84
  5.3 RF MEMS 开关设计指标与实际指标偏差的原因分析  84-85
  5.4 本章小结  85-86
第六章本论文的工作总结  86-88
致谢  88-89
参考文献  89-91
附录  91-92

低驱动电压RF MEMS电容式开关设计及分析

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