新型RF MEMS开关电路设计

摘要

近年来,随着微机电系统(MEMS)加工工艺的进步,RF MEMS技术在雷达和通信等领域的应用显示了巨大潜力。开关作为射频微波电路的基础级信号控制元件,以其低插入损耗、高隔离度、小型化和高集成度等相较于传统固态开关的优越性能而成为研究热点。开关电路作为其组件级应用,随着RF MEMS开关研究愈趋于成熟,其应用市场正越来越开阔。
　　 本文从RF MEMS开关的研究出发,分别设计了开关到开关网络和移相器等开关电路的RF MEMS器件,包括多谐振点高隔离度并联电容开关和低驱动电压并联电容开关。在此基础上,通过一定的电路连接组合来实现性能更优越的双膜桥高隔离度开关和单刀双掷SPDT开关,最后对以并联电容开关为级联单元的分布式MEMS(DMTL)移相器进行了研究。
　　 论文中首先对RF MEMS开关设计的机械结构和电磁特性分别进行了具体分析,得到各结构参数对技术指标的影响,兼顾性能和工艺等要求设计了初步的开关优化参数。在此基础上,以多谐振点高隔离度和低驱动电压为目标设计了并联电容开关,前者在K、Ka和U波段隔离度都达到-40dB左右,后者实现10.7V的驱动电压,插入损耗优于0.2dB,亦较适用于设计开关电路。同时,通过电路的兀型匹配,实现了宽带和高隔离度的双膜桥开关,其插入损耗和隔离度分别有50％和121%的优化。通过在CPW结构分支上并联低驱动电压并联电容开关,可以实现单刀双掷SPDT开关,获得了导通通路上的回波损耗优于-33dB,插入损耗优于0.3dB的良好微波性能。同时,本文还对分布式MEMS移相器设计的工作原理及参数影响等进行了分析,并在Ka波段设计了简单的模拟式移相器和一位90°DMTL数字式移相器。