相控阵天线用4位分布式MEMS移相器研究

发布时间：2017-06-26 18:04

  本文关键词：相控阵天线用4位分布式MEMS移相器研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相控阵天线具有扫描速度快、波瓣控制灵活等优点,其显著的技术特点和难以估量的潜在优势使其成为雷达、卫星等现代通信系统的研究重点。移相器作为相控阵天线中的重要部件,通过控制相位来改变天线方向图最大值或副瓣电平等参数的指向,决定着相控阵天线的性能。微机电系统(Micro Electro-Mechanical System,MEMS)具有微型化、集成化、成本低、可大批量生产的特点,能够为相控阵天线的小型化和高性能化发展提供技术支撑。MEMS移相器具有体积小、损耗少、能耗低等优势,不断优化适用于相控阵天线的MEMS移相器的精度、损耗等性能参数是MEMS移相器研究问题所在。本文以适用于X波段微小型相控阵天线的4位分布式移相器为研究对象,分析了分布式移相器工作原理和等效电路,根据经典理论得到该移相器的结构尺寸及电学参数。通过有限元法对其电磁性能、机械性能进行分析,通过调整移相器的结构尺寸降低单元结构的损耗。对其等效电路模型进行仿真,优化经典理论得到的电学参数,提高移相精度,最终得到适用于微小型相控阵天线并符合设计要求的MEMS分布式移相器。在8-12GHz内,其反射损耗平均值为-15dB,插入损耗平均值为-0.6dB,移相误差平均值为1.5°,0-360°范围内最小移相误差为0.9°,驱动电压为32V,响应时间是1.6μs。在仿真的基础上,对分布式MEMS移相器的工艺流程进行设计,完成了掩膜版的设计与制作。对关键工艺进行研究,针对大面积铜膜剥离困难的情况,添加腐蚀停层来解决该问题,在电阻率大于10000Ω·cm的高阻硅片上,实现了分布式MEMS移相器。测试结果表明,所制作的移相器在移相22.5°时,误差为1°,在移相45°时误差为3°,反射损耗为-18.8dB,插入损耗为-2dB。
【关键词】：MEMS 分布式 移相器 CPW 腐蚀停层
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN623;TN821.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 本论文研究的目的和意义13-19
• 1.2 分布式MEMS移相器的研究现状19-23
• 1.3 论文主要工作和结构安排23-25
• 1.3.1 论文的主要工作23-24
• 1.3.2 论文的结构安排24-25
• 第2章 DMTL移相器的理论分析和设计25-37
• 2.1 DMTL移相器的工作原理25-27
• 2.2 CPW传输线理论27-28
• 2.3 设计指标要求28-29
• 2.4 CPW传输线设计29-30
• 2.5 DMTL移相器单元结构的设计30-35
• 2.5.1 布拉格频率的选择30
• 2.5.2 DMTL移相器电学参数的计算30-32
• 2.5.3 DMTL移相器结构参数的计算32-33
• 2.5.4 驱动电压的理论计算33-35
• 2.6 DMTL移相器设计流程及整体结构35-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第3章 DMTL移相器仿真与优化37-52
• 3.1 CPW传输线仿真37-39
• 3.2 DMTL移相器单元结构的S参数仿真39-44
• 3.3 DMTL移相器的等效级联电路仿真44-49
• 3.3.1 DMTL移相器的集总参数模型45-46
• 3.3.2 DMTL移相器的等效级联电路S参数仿真46-48
• 3.3.3 DMTL移相器的等效级联电路移相度数及误差仿真48-49
• 3.4 DMTL移相器的开启应力及响应时间仿真49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 DMTL移相器的制作52-71
• 4.1 DMTL移相器工艺设计流程52-56
• 4.2 DMTL移相器版图设计56-58
• 4.3 DMTL移相器的工艺实现58-67
• 4.4 DMTL移相器的测试67-70
• 4.5 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单79

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本文编号：487049