RFMEMS移相器和太赫茲波導(dǎo)濾波器研究.pdf

1、RFMEMS（射頻微機(jī)械）技術(shù)的出現(xiàn)為微波器件的設(shè)計(jì)和加工提供了新途徑。RFMEMS器件具有可集成、低功耗、高線性度以及小型化等優(yōu)異性能，在民用和軍事領(lǐng)域都有著非常廣闊的應(yīng)用前景。為兼顧RFMEMS可動(dòng)與固定器件，本文針對(duì)RFMEMS移相器和基于MEMS工藝的太赫茲波導(dǎo)濾波器進(jìn)行性能優(yōu)化和工藝實(shí)現(xiàn)兩方面的研究，主要研究?jī)?nèi)容和取得的創(chuàng)新成果如下：
　?。?）通過分析串聯(lián)MAM電容的分布式移相器中電磁波傳輸?shù)牟贿B續(xù)性，提取寄生參數(shù)，得

2、到等效電路模型。仿真結(jié)果的擬合度表明，所建立的電路模型能精確反映器件性能，較目前常用模型準(zhǔn)確度得到了極大提高。
　　提出傳輸線分解的建模思想，將RFMEMS器件分解為典型結(jié)構(gòu)，將這些典型結(jié)構(gòu)看作不同結(jié)構(gòu)的傳輸線分別建模，級(jí)聯(lián)獲得器件等效電路模型。驗(yàn)證結(jié)果表明，應(yīng)用該思想建立的電路模型在較寬頻段內(nèi)均能反映分布式移相器性能變化規(guī)律。這種方法將復(fù)雜的三維電磁場(chǎng)分析轉(zhuǎn)化為傳輸線問題進(jìn)行處理，簡(jiǎn)單易行，而且由于RF MEMS器件中基本結(jié)構(gòu)的

3、一致性，所得典型結(jié)構(gòu)的電路模型具備通用性。
　?。?）提出了以分布式移相器物理長(zhǎng)度為優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法，并研究如何得到工藝依賴性小的設(shè)計(jì)?；诖?，設(shè)計(jì)、加工和測(cè)試了一種 X波段五位分布式移相器。解決了結(jié)構(gòu)層殘余應(yīng)力、MEMS梁錨點(diǎn)可靠性和工藝精度等問題，突破犧牲層、結(jié)構(gòu)層和介質(zhì)層制備等關(guān)鍵工藝步驟，形成了可用于制作包含懸空梁結(jié)構(gòu)的RF MEMS器件的表面微加工工藝流程。同文獻(xiàn)報(bào)道的MEMS分布式移相器相比，所得移相器具有工藝難度小

4、、尺寸小以及下拉電壓低的特點(diǎn)。
　?。?）提出了一種彎折型分布式移相器，通過在共用地線的彎折CPW上加載MEMS橋，大幅度減小了器件長(zhǎng)度，得到緊湊結(jié)構(gòu)，從而確保了工藝一致性。同時(shí)，本文提出非周期性MEMS分布式移相器結(jié)構(gòu)，將不同相移量的單元級(jí)聯(lián)，增加了設(shè)計(jì)自由度，并減少了MEMS梁的數(shù)目。利用所提出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行周期性和非周期性彎折型五位分布式移相器的設(shè)計(jì)仿真，性能理想，面積分別為5.36 mm*4.72 mm和4.8mm*3.75m

5、m。
　?。?）針對(duì)多位分布式移相器的特殊性，全面分析了相移誤差來源。提出并證明了影響多位分布式移相器相移精度的關(guān)鍵因素是在相移狀態(tài)的切換過程中位與位之間失配。并提出了多位分布式移相器相移量不同位的最優(yōu)排列順序，改善移相精度。
　　提出了一種多偏置分布式移相器結(jié)構(gòu)，通過移相單元離散控制避免了因位與位之間的失配引起的多次反射，也緩解了回波損耗和小型化之間的矛盾。設(shè)計(jì)結(jié)果表明，這種結(jié)構(gòu)的分布式移相器相移精度得到明顯改善，同時(shí)回波

6、損耗和插入損耗也得到改善。同時(shí)本文將多偏置結(jié)構(gòu)和非周期結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，大幅度減小了多位移相器的MEMS梁數(shù)目，得到只有16個(gè)MEMS梁的五位分布式移相器。提出一種單電壓控制多個(gè)MEMS梁的分布式移相器結(jié)構(gòu)，直流偏置焊盤可以減少3-4倍，減輕了封裝時(shí)互聯(lián)線的寄生效應(yīng)以及引起的性能惡化。
　?。?）研究RFMEMS移相器的另外一種類型-開關(guān)線型移相器，采用單刀雙擲開關(guān)和單刀四擲開關(guān)得到五位開關(guān)線型移相器緊湊結(jié)構(gòu)，分析MEMS開關(guān)的電路模

7、型以及開關(guān)和外圍電路連接時(shí)金絲焊線的影響，通過加工和測(cè)試得到了較好的測(cè)試結(jié)果。
　?。?）提出應(yīng)用 MEMS加工技術(shù)制作太赫茲并聯(lián)電感耦合波導(dǎo)帶通濾波器的方法。立足于現(xiàn)有工藝條件，通過分析加工因素對(duì)濾波器電磁性能的影響，將工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)相互折中達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，避免因工藝原因造成的器件性能急劇惡化。進(jìn)行MEMS深刻蝕（ICP）、濺射電鍍金屬、鍵合等關(guān)鍵工藝步驟研究，解決了膜片陡直度、金屬厚度以及粗糙度等問題，提出濾波器工藝流程。