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X波段五位MEMS分布式移相器研究

作　者: 张晓升
导　师: 杨晓波
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: X波段微电子机械系统分布式移相器
分类号: TN623
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

微波移相器是能改变电磁波相位的器件,广泛应用于电子通信系统中,是相控阵雷达、合成孔径雷达、雷达电子对抗、卫星通信、接收发机中的核心组件。因此高性能的移相器在这些系统中起着至关重要的作用。但传统微波移相器存在尺寸大、功耗高的缺点,无法满足电子通信系统日新月异的发展。而MEMS移相器具有高品质因数、低插损、低功耗和高隔离度的优点,弥补了传统移相器的不足,是国内外研究的热点。本论文正是基于上述分析,以MEMS移相单元为主要的研究对象,在深入分析MEMS开关电磁及机电性能的基础上,对X波段MEMS移相器作了创新性和探索性研究。主要内容为:1.详细研究了MEMS移相器的微观结构和特性。2.详细研究了X波段MEMS分布式移相器的工作原理。3.详细研究了应用于X波段MEMS分布式移相器的单元开关电路,并对其结构进行了优化。4.设计一种X波段MEMS分布式移相器,并从电磁性能和机电性能两方面进行了仿真。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 移相器的研究背景  9-11
    1.1.1 移相器的分类及发展现状  10-11
    1.1.2 MEMS 移相器的挑战和机遇  11
  1.2 MEMS 移相器的研究历史及现状  11-12
  1.3 本论文的选题和研究内容  12-14
第二章 MEMS 移相器的微观结构和特性  14-20
  2.1 MEMS 移相器的分类  14-18
    2.1.1 开关线型MEMS 移相器结构  14-15
    2.1.2 反射线型MEMS 移相器结构  15-16
    2.1.3 高低通型移相器结构  16-17
    2.1.4 分布式MEMS 移相器结构  17-18
  2.2 MEMS 移相器性能分析  18-19
    2.2.1 线型MEMS 移相器性能分析  18
    2.2.2 分布式MEMS 移相器性能分析  18-19
  2.3 本章总结  19-20
第三章 X 波段MEMS 分布式移相器性能分析和设计  20-47
  3.1 分布式移相器理论基础及工作原理  20-22
    3.1.1 微波传输线理论和移相器理论基础  20-21
    3.1.2 MEMS 分布式移相器工作原理  21-22
  3.2 分布式移相器的主要参数  22-34
    3.2.1 布拉格频率  23-25
      3.2.1.1 Bragg 频率的基本概念  23-24
      3.2.1.2 Bragg 频率的计算  24-25
    3.2.2 电容比率和相移量  25-26
    3.2.3 下拉电压  26-31
      3.2.3.1 下拉电压的计算  26-28
      3.2.3.2 移相器几何尺寸与下拉电压的关系  28
      3.2.3.3 支撑梁与下拉电压关系  28-29
      3.2.3.4 残余应力与下拉电压的关系  29-31
      3.2.3.5 MEMS 桥的选材及对下拉电压的影响  31
    3.2.4 衰减损耗  31-34
      3.2.4.1 分布式移相器传输线上损耗分析  31-33
      3.2.4.2 分布式移相器传输线衰减系数的计算  33-34
      3.2.4.3 MEMS 梁上损耗  34
  3.3 X 波段五位MEMS 分布式移相器设计及结构  34-47
    3.3.1 分布式移相器设计方法及步骤  34-36
    3.3.2 五位（5 bit）分布式移相器整体结构  36-39
      3.3.2.1 衬底和MEMS 桥材料的选择  38-39
      3.3.2.2 交直流隔离  39
    3.3.3 五位（5 bit）分布式移相器具体结构和参数  39-47
      3.3.3.1 共面波导  42-43
      3.3.3.2 驱动电极  43
      3.3.3.3 MAM 电容下电极数据  43-44
      3.3.3.4 信号线和驱动电极上的介质层  44
      3.3.3.5 MEMS 桥和MAM 电容上极板  44-45
      3.3.3.6 MEMS 桥和折叠梁  45
      3.3.3.7 匹配结构  45-46
      3.3.3.8 释放孔  46-47
第四章 MEMS 单元开关设计和机电性能分析  47-59
  4.1 下拉电压  47-54
    4.1.1 固定支撑梁  47-51
      4.1.1.1 刚度  47-49
      4.1.1.2 残余应力  49-50
      4.1.1.3 固支梁下拉电压计算及仿真  50-51
    4.1.2 弹性弯曲结构支撑梁  51-54
  4.2 开关时间  54-57
    4.2.1 闭合时间  54-57
      4.2.1.1 高品质因数MEMS 梁  54-55
      4.2.1.2 低品质因数MEMS 梁  55
      4.2.1.3 MEMS 单元开关闭合时间仿真及分析  55-57
    4.2.2 释放时间  57
  4.3 本章小结  57-59
第五章五位MEMS 分布式移相器电磁性能分析  59-67
  5.1 0°/11.25°位仿真结果  59-61
  5.2 0°/22.5°位仿真结果  61-63
  5.3 0°/45°位仿真结果  63-64
  5.4 0°/90°位仿真结果  64-65
  5.5 0°/180°位仿真结果  65-66
  5.6 电磁参数误差分析  66-67
第六章工艺加工  67-70
  6.1 材料选取  67
  6.2 工艺选择及流程  67-70
第七章结论和展望  70-72
  7.1 本论文研究总结  70
  7.2 前景展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-75
在学期间的研究成果  75-76

X波段五位MEMS分布式移相器研究

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