基于射频MEMS开关的衰减器关键技术研究

发布时间：2020-11-21 16:12

　　 衰减器是常见的微波元器件,其主要功能是实现微波信号的电平幅度控制,通过功率衰减实现对微波信号电平的步进衰减,重点应用在微波频谱分析仪、矢量网络分析仪、信号发生器、功率计等微波测试仪器之中。由于射频MEMS开关拥有较好的线性度、优越的射频性能和极小的功率损耗,因此研究基于MEMS开关的衰减器可以满足现代微波测试系统小型化、高性能、低功耗的要求。氮化钽(TaN)电阻在宽频带内具有良好的阻值稳定性。本论文通过对MEMS开关和TaN电阻进行一体化研究设计,针对器件的微波性能、制造工艺展开了研究,设计并制造了一款基于MEMS开关3比特步进衰减器。论文首先对衰减器的整体结构进行了设计,随后对射频MEMS开关、衰减电阻网络、功分器、直接转角分别进行了设计与优化。设计了一款基于共面波导的直板状射频MEMS开关、喇叭式功分器结构、以及π形衰减电阻网络;最后通过HFSS仿真软件对衰减器整体的微波性能进行模拟验证,在DC~18GHz频段内,衰减精度优于±1.2dB,插入损耗小于1.32dB,驻波比优于1.56这些指标均优于目前常用的RF MEMS衰减器。论文对射频MEMS衰减器的加工工艺进行研究。对TaN薄膜电阻制备工艺、电镀金工艺、聚酰亚胺牺牲层工艺进行了重点研究。TaN薄膜电阻制备工艺中着重研究了功率和分压比对薄膜电阻的影响。牺牲层工艺中主要研究了牺牲层高平整旋涂方法,有效的提升了衰减器的成品率,电镀Au工艺制作的共面波导以及开关上电极拥有较高的平整度。最后还对射频MEMS器件的晶圆级封装进行了研究。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH703
【部分图文】：

图 1.1 DC~40GHz 衰减器芯片Amir Effendy等人于2011年设计并制造了一减器的主要微波传输结构为共面波导氧化铝基板。图 1.2 DC~67GHz π 型 5dB 衰减器的托木斯克国立大学的 Nikolay N. Voronin 定衰减器[12]，如图 1.3 所示。该系列衰减器波信号，其固定衰减值分别为 3dB、6dB、

班牙坎塔布里亚大学的 Juan L. Cano 团队研究并制作了一款基0dB 固定衰减器[10]，如图 1.1 所示。该芯片使用了温度稳定的氮率的晶体石英作为基板材料以及内部散热结构设计，其工其插入损耗在工作频带内为 19.9 dB±0.65 dB，回波损耗均优于图 1.1 DC~40GHz 衰减器芯片验室的Amir Effendy等人于2011年设计并制造了一款5dB固定衰示。该衰减器的主要微波传输结构为共面波导，工作频率范其衬底为氧化铝基板。

图 1.3 基于 GaAs 的一系列固定衰减器特单片衰减器研究现状纪以来国内外都开始进行了基于有源开关的单片步进衰减器的研究格我们可以看出基于传统的 PIN 开关、FET 开关制成的单片衰减器、回波损耗较低、体积较大并且衰减平坦度较低。而且 2013 年后对的研究鲜有报道。针对以上问题国外研究团队尝试将射频 MEMS 开步进衰减器中。表 1.2 基于传统开关的衰减器研究总结究机构 结构描述 性能描述 时t technologies&D[14]基于 GaAs FET 开关 工作频带 DC~6GHz 20
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本文编号：2893266