基于RFMEMS单刀多掷开关的五位数字移相器

摘要

微波和毫米波移相器是电信和雷达中相控阵天线的关键组件，基于 MEMS开关网络的移相器具有结构简单、易于实现、低插损、高精度的特点，在未来有着广阔的应用空间和巨大的发展前景。
　　本文设计了一个8~12GHz频段的RF MEMS五位开关线型移相器。首先分析了直接接触式MEMS串联开关的二次下拉效应和电磁模型，并对MEMS单刀多掷串联开关进行了等效电路模型的建立和参数拟合；随后对金丝键合线进行了3D物理模型的建立和微波特性分析，针对键合线不同的拱高、跨距、根数、间距进行S参数仿真，得出了各尺寸参数对键合线寄生参数和微波性能的影响，提出了降低键合线寄生电感的方法，建立了键合线的等效电路模型，并对等效电路模型进行了参数提取；最后提出了一种基于单刀多掷开关的五位数字移相器拓扑结构，精确设计了延迟线和基准线的尺寸和形状，并通过移相器控制电路实现各相移状态之间的切换，再利用拟合得到的开关和键合线的电路模型对整个移相器进行 S参数仿真。仿真得到的各相移状态插入损耗在8~12GHz频段优于-2dB，回波损耗优于-20dB，移相精度在1°以内。通过测试得到的各相移状态插入损耗在0~12GHz频段优于-3.5dB，在8~12GHz插入损耗平均值在-3.2dB左右，回波损耗在0~12GHz频段优于-15dB，在10GHz以后恶化比较严重，在12GHz处的回波损耗平均值接近-10dB，相移的绝对误差在大多数相移状态下在2°以内，满足设计指标，但在相移状态为303.75°、213.75°、123.75°、33.75°时，绝对误差均在5°以上，最后对测试得到的 S参数和相移绝对误差恶化的原因进行了分析，总结了整个移相器中存在的不足，并提出了相应的改进方法。

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第一章 绪论

1.1 RF MEMS概述

1.2 RF MEMS开关研究现状

1.3 RF MEMS移相器研究现状

1.4 本文的主要工作

第二章 直接接触式MEMS串联开关

2.1 开关的工作原理

2.2 开关的模型分析

2.3 单刀多掷开关参数拟合

2.4 小结

第三章 金丝键合线建模与参数提取

3.1 金丝键合线建模

3.2 多根键合线并联

3.3 金丝键合线仿真

3.4 金丝键合线参数提取

3.5 小结

第四章 RF MEMS五位开关线型移相器

4.1 移相器拓扑结构设计

4.2 移相器S参数仿真

4.3 移相器控制电路设计

4.4 移相器PCB设计

4.5 小结

第五章 移相器测试与分析

5.1 直流测试

5.2 交流测试

5.3 S参数测试

5.4 小结

第六章 全文总结

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果