基于RF MEMS开关的可变微波均衡器的优化设计

发布时间：2021-03-02 09:31

微波功率均衡器能改善射频信号的幅频特性,因此在射频信号系统中得到了广泛应用。在技术进步的今天,雷达、微波通信、卫星通信、移动通信等设备或系统对微波宽带信号传输的幅频响应提出了更高的平坦化要求。而与传统的功率均衡器相比,微带均衡器能适应小型化、高集成度的时代发展要求,得到了广泛关注。各类能与现代微电子工艺相兼容的微带均衡器结构被提出,其中就包含了能实现在线式调节的可变微波均衡器。本文是在课题组已有的关于RF MEMS开关和MEMS微波均衡器研究成果之下开展的相关研究,最终完成了以下工作：一、介绍了微波均衡器的原理、分类及发展现状,讨论了微波均衡器的重要应用,指明了研究的意义；同时引入了RF MEMS开关的概念,提出通过在微波均衡器中嵌入由MEMS推拉开关控制的传输线枝节的办法来设计高性能可变微波均衡器的思路,即控制开关使加载不同阻值的传输线枝节组合接入均衡器中,从而得到不同最大衰减量的可变均衡曲线。最终基于2组4个RF MEMS推拉开关的控制,理论上可得到10条包含4个基本最大衰减量在内的不同最大衰减量的均衡曲线,分别设计出了工作在10GHz～14GHz的下降曲线族和上升曲线族最大衰减量可变微波均衡器。二、通过计算理论模型并结合ADS、HFSS软件优化仿真,在满足低驻波,小型化等性能指标的前提下,优化各项结构参数,最终确定了下降曲线族和上升曲线族两组可变微波均衡器的设计。仿真结果显示：下降曲线族可变微波均衡器的4条基本均衡曲线最大衰减量分别为-3dB、-4dB、-5dB、-6dB,所有10条均衡曲线的最小衰减量均在-0.72dB以内(优于-1dB),反射系数均在-20dB以下,符合设计指标；上升曲线族可变均衡器也工作在同一频带,说明了均衡曲线形状是可重构的,其对应四条基本最大衰减量分别为-2.44dB、-3.36dB、-4.48dB、-5.21dB,所有10条均衡曲线的最小衰减量均在-1.2dB以内(接近-1dB),反射系数均在-15dB以下,符合设计指标；在使用相同衰减电阻的前提下,对所有相关的仿真结果做了对比和分析说明,也与理论符合良好。三、基于课题组之前成功流片的经验,选择了MEMSCAP公司的MetalMUMPs工艺,利用L-edit版图设计软件设计了两组可变微波均衡器的全订制版图,以便流水测试和课题的进一步研究。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN715

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 射频微电子机械系统（RF MEMS）简介

1.1.1 RF MEMS的特点

1.1.2 RF MEMS的应用

1.2 RF MEMS开关简介

1.2.1 RF MEMS开关特点

1.2.2 RF MEMS开关构造

1.2.3 热驱动MEMS开关的研究发展

1.3 微波均衡器简介

1.3.1 均衡器原理

1.3.2 吸收式微波均衡器分类

1.3.3 微带均衡器研究现状

1.4 本文主要工作

第二章基于RF MEMS开关的可变微波均衡器理论分析

2.1 微波均衡器理论模型

2.2 基于RF MEMS开关的可变微波均衡器理论模型

2.2.1 衰减形状可变微波均衡器理论模型

2.2.2 最大衰减量可变微波均衡器理论模型

2.3 热驱动RF MEMS开关理论

2.3.1 V型梁热驱动器动力学模型

2.3.2 热驱动RF MEMS开关的电磁特性分析

2.4 本章小结

第三章基于RF MEMS开关的可变微波均衡器仿真与设计

3.1 仿真软件介绍

3.2 下降曲线族最大衰减量可变微波均衡器

3.2.1 下降曲线族可变微波均衡器ADS仿真和设计

3.2.2 下降曲线族可变微波均衡器HFSS仿真和设计

3.3 上升曲线族最大衰减量可变微波均衡器

3.3.1 上升曲线族可变微波均衡器ADS仿真和设计

3.3.2 上升曲线族可变微波均衡器HFSS仿真和设计

3.4 RF MEMS推拉开关模拟和设计

3.5 本章小结

第四章基于RF MEMS开关的可变微波均衡器版图设计

4.1 MetalMUMPs加工工艺介绍

4.2 可变微波均衡器和RF MEMS开关版图

4.2.1 MetalMUMPs工艺版图设计规则

4.2.2 RF MEMS推拉开关版图

4.2.3 下降曲线族可变微波均衡器版图

4.2.4 上升曲线族可变微波均衡器版图

4.3 本章小结

第五章总结与展望

5.1 论文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

作者简介

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