基于MEMS微屏蔽传输线的移相器研究

发布时间：2017-09-27 12:21

  本文关键词：基于MEMS微屏蔽传输线的移相器研究

  更多相关文章： 射频微机电系统 移相器 微屏蔽传输线 MEMS开关

【摘要】：微波毫米波移相器是通信和雷达应用中相控阵当中的关键部件,分为模拟域移相器和数字域移相器。相较模拟域移相器,数字域移相器具有调节方便、相位偏差小、反应时间短等优势。而一般的数字移相器通常体积较大且工作频率范围不高,所以逐渐出现了采用MEMS技术的数字移相器。本文研究了一种新型传输线-MEMS微屏蔽传输线,并对其进行了理论分析和三维全波仿真。分析研究了直接接触式RF MEMS单刀双掷开关的基本工作原理,完成了对MEMS开关的电路模型建立和电路参数提取,设计了一个针对直接接触式RF MEMS开关的测试系统。设计了基于直接接触式RF MEMS单刀双掷开关的四位开关线型移相器,并完成了移相器的加工制作和测试分析,论文的主要内容如下:(1)研究微屏蔽传输线的传输特性。采用保角变换法对微屏蔽传输线进行了准静态分析,对微屏蔽传输线的传输特性进行了数值计算和仿真分析,研究了其特征阻抗和有效介电常数,该传输线具有特征阻抗变化范围广,有效介电常数接近1的良好传输特性。最后对微屏蔽传输线腔体的结构参数(腔体深度和宽度)进行分析,得到腔体物理结构改变对微屏蔽线传输性能的影响。(2)介绍了RF MEMS单刀双掷开关的基本工作原理,根据开关实际结构参数和实测数据,建立了开关的RLC电路模型,并对其电路参数进行提取,得到完整的RF MEMS单刀双掷开关等效电路模型。将模型代入ADS中进行仿真分析,将分析结果与开关实测数据进行拟合,验证电路模型的正确性和准确性。最后设计了一个针对直接接触式RF MEMS开关的开关测试系统,可以测试开关的切换速度、S参数和寿命等参数。(3)设计了基于RF MEMS单刀双掷开关的四位开关线型移相器。根据提出的移相器拓扑结构设计了移相器参考线、延迟线、T型节以及拐角结构的尺寸和形状。仿真结果显示移相器各移相状态在1.7 GHz~2.7 GHz插入损耗优于-1 dB,回波损耗优于-17 dB,相移精度小于1°。实际测试结果移相器各移相状态在1.7GHz~2.7 GHz插入损耗优于-2 dB,回波损耗优于-8 dB,相移精度小于2°,基本达到设计要求。但在移相状态40°~75°时,移相器移相度数整体上移了5°,对产生误差的原因进行了分析,提出了改进方法。
【关键词】：射频微机电系统 移相器 微屏蔽传输线 MEMS开关
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN811;TN623
【目录】：

• 中文摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 RF MEMS概述10
• 1.2 MEMS微屏蔽传输线研究动态10-12
• 1.3 RF MEMS开关研究动态12-15
• 1.4 MEMS移相器研究动态15-17
• 1.5 本文主要工作17-18
• 第二章 MEMS微屏蔽传输线18-32
• 2.1 微屏蔽传输线介绍18-19
• 2.2 微屏蔽传输线传输特性分析19-30
• 2.2.1 保角变换19-21
• 2.2.2 微屏蔽传输线传输特性计算分析21-24
• 2.2.3 保角变换分析计算结果24-27
• 2.2.4 微屏蔽传输线仿真分析27-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第三章 直接接触式RF MEMS开关32-51
• 3.1 开关基本工作原理32-33
• 3.2 单刀双掷开关建模与参数提取33-37
• 3.3 开关电路模型仿真37-40
• 3.4 开关测试电路设计40-49
• 3.4.1 开关驱动电路40-41
• 3.4.2 开关切换速度测试41-43
• 3.4.3 开关S参数测试43-45
• 3.4.4 开关寿命测试45-48
• 3.4.5 开关驱动电路测试48-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 RF MEMS四位开关线型移相器设计51-65
• 4.1 开关线型移相器原理51
• 4.2 四位开关线型移相器设计51-57
• 4.2.1 设计指标51-52
• 4.2.2 移相器设计原理52-53
• 4.2.3 T型结53-54
• 4.2.4 信号电长度54-56
• 4.2.5 移相器控制电路设计56-57
• 4.3 移相器S参数仿真57-62
• 4.3.1 ADS联合仿真57-60
• 4.3.2 HFSS全波仿真60-62
• 4.4 移相器PCB设计62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 移相器测试与分析65-72
• 5.1 直流测试65-66
• 5.2 S参数测试66-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 结束语72-74
• 6.1 研究结论72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 攻硕期间取得的研究成果78-79

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本文编号：929677