基于COMSOL的Ka波段分布式MEMS移相器的结构—热耦合分析

发布时间：2017-10-05 04:23

  本文关键词：基于COMSOL的Ka波段分布式MEMS移相器的结构—热耦合分析

  更多相关文章： MEMS移相器 可靠性 插入损耗 相移量 热损耗

【摘要】：MEMS（微机电系统）器件以其体积小、多功能、成本低和功耗低等特点，在民用和军用领域得到广泛应用，在RF MEMS（射频微机电）领域，MEMS移相器具有隔离度好、插入损耗低、控制电路耗能低和工作频带宽等众多优势，很好地弥补了传统移相器的不足，但是目前国内对MEMS移相器的研究还不够成熟，因此，本文在分别总结了RF MEMS和MEMS移相器的国内外发展动态以及其在相控阵雷达中的应用状况的基础上，设计了一款Ka波段分布式MEMS传输线移相器，并对结构参数进行优化，使其综合电性能达到最优，进一步分析了该移相器热功耗引起的温度升高情况，主要包括以下内容： 1）设计了分布式MEMS移相器，并在多物理场耦合分析软件COMSOLMultiphysics中对其MEMS电容进行建模和仿真分析，研究了MEMS桥的结构位移场与偏置电压的电场之间的关系，给出了MEMS桥的位移与偏置电压的关系，显示铝硅合金的微机械悬臂梁满足MEMS移相器的低电压和高可靠性要求。 2）在HFSS中对其电磁物理场的性能进行仿真分析，结果显示此MEMS移相器在35GHz时可以实现286°的相移，在0-50GHz的范围内，插入损耗小于-1.43dB；在35GHz时插入损耗为-1.23dB。为了得到更好的射频/微波性能，，将能够减小损耗的新型高阻硅衬底MOS结构的凸起式共面波导应用到建立的MEMS移相器中，分析得0-50GHz时插入损耗小于-1.35dB，在35GHz时降为-1.11dB，插入损耗得到改善；并创建了插入损耗和相移量与结构关键尺寸之间的关系图，通过确定信号线的宽度、MEMS桥的初始高度和桥宽度以及介质层的厚度这些关键尺寸，综合优化其插入损耗和相移量。 3）在COMSOL中对本文设计的MEMS移相器工作时的温度场进行仿真，结果显示MEMS移相器的电容温度超出允许的温度范围，表明MEMS移相器的热功率损耗是不可忽略的，工程实际中应当对其进行散热设计。并分析了MEMS薄膜桥的宽度、厚度和长度对其温度的影响，表明在MEMS移相器的设计中需要对其进行机电热的集成设计。
【关键词】：MEMS移相器 可靠性 插入损耗 相移量 热损耗
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-24
• 1.1 MEMS的概述8-9
• 1.1.1 MEMS的研究背景8
• 1.1.2 MEMS的定义8-9
• 1.2 RF MEMS的研究与应用现状9-18
• 1.2.1 RF MEMS的研究背景9
• 1.2.2 RF MEMS的基本理论与发展动态9-16
• 1.2.3 RF MEMS在相控阵中的应用16-18
• 1.3 MEMS移相器的研究与应用现状18-22
• 1.3.1 MEMS移相器的研究背景18-19
• 1.3.2 MEMS移相器的国内外发展动态19-22
• 1.4 本文工作22-24
• 第二章 MEMS移相器的基本理论24-30
• 2.1 MEMS移相器的概述24-26
• 2.1.1 MEMS移相器的分类24-25
• 2.1.2 MEMS移相器的优缺点25
• 2.1.3 MEMS移相器的技术指标25-26
• 2.2 与MEMS移相器相关的MEMS元器件26-28
• 2.3 MEMS移相器在相控阵中的应用28
• 2.4 RF MEMS需解决的问题28-30
• 第三章 分布式MEMS移相器的设计与性能优化30-46
• 3.1 COMSOL Multiphysics简介30
• 3.2 分布式MEMS移相器的设计与性能仿真30-41
• 3.2.1 分布式MEMS移相器的主要组成30-31
• 3.2.2 几何结构创建31-32
• 3.2.3 材料设置32-33
• 3.2.4 网格剖分33
• 3.2.5 机电物理场33-37
• 3.2.6 电磁物理场37-41
• 3.3 分布式MEMS移相器的优化设计41-46
• 3.3.1 分布式MEMS移相器的结构优化41-42
• 3.3.2 分布式MEMS移相器的尺寸优化42-46
• 第四章 分布式MEMS移相器的结构-热耦合仿真46-52
• 4.1 RF MEMS器件带来的相控阵天线热损耗的减少46-47
• 4.2 MEMS移相器带来的相控阵天线热损耗的减少47
• 4.3 MEMS移相器的结构—热耦合分析47-52
• 4.3.1 MEMS移相器的温度场分析48-49
• 4.3.2 MEMS移相器的结构参数对温度的影响49-52
• 第五章 工作总结与研究展望52-54
• 5.1 工作总结52
• 5.2 研究展望52-54
• 致谢54-56
• 参考文献56-64
• 研究成果64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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4 卿健,石艳玲,赖宗声,朱自强;MEMS移相器及其在微型通信系统中的应用[J];微电子学;2002年04期

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6 王从思;康明魁;王伟;普涛;;结构变形对相控阵天线电性能的影响分析[J];系统工程与电子技术;2013年08期

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本文编号：974760