盘结构振动的MEMS谐振器关键技术研究

摘要

微机械系统（MEMS）是一个发展迅速、而且应用也越来越广泛的技术。而MEMS器件中的谐振器凭借其灵敏度高、Q值高、可靠性好以及低功耗等优良特性在各行业和领域内都发挥了越来越重要的作用，包括汽车电子、生物医学、定位导航系统以及军事等领域。
　　本文首先对射频MEMS进行了简单的介绍，然后介绍了MEMS谐振器，给出了谐振器的定义、特点以及其在通信系统和振荡器中的应用，得出了研究MEMS谐振器的必要性。然后介绍了几种谐振器的结构参数，对参数中的品质因数进行了重点介绍，接着给出了MEMS谐振器的分类和几种典型的产品。
　　根据以上分析，重点研究了单个圆盘谐振器受到动态信号作用时的可靠工作范围。首先对忽略圆盘本身形变的情况进行了理论计算，计算分为三种情况：静态信号作用、阶跃信号作用以及脉冲信号作用。接下来，又对这三种情况下考虑圆盘本身形变时的工作范围进行了理论计算，并把计算所得的结果和忽略形变时的结果进行了对比。对比发现，当圆盘本身的形变为盘与电极间距的1％时，考虑形变时谐振器的精度可以提高10%。
　　为了验证上面计算的正确性，运用ANSYS软件对单个圆盘谐振器进行了仿真。仿真的第一步是先对谐振器建模，然后进行模态分析，从模态分析中我们可以得出，形变对谐振器工作范围的影响是很小的。接下来分别对MEMS盘谐振器在静态信号、阶跃信号和脉冲信号作用下的电压V和惯性加速度a进行了仿真，并由仿真的电压和惯性加速度得出了表征它们的P和q的值。最后把仿真得出的结果和理论计算的结果进行了对比，发现仿真的结果要偏大些，这是因为理论计算时形变是用间距的1%计算的，实际中形变是达不到这么大的，而且计算中忽略了一些不重要的影响因素。
　　在论文的最后，利用ANSYS软件的有限元分析法分别对盘阵列和方形阵列两种结构的MEMS谐振器进行了建模和仿真，得出了动态信号下它们各自的偏移量，并讨论了不同尺寸和加速度对偏移量的影响，结果表明动态信号下方形阵列的偏移量要远远小于盘阵列结构的偏移量，所以动态信号对盘阵列谐振器的性能影响较大。

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第1章 绪论

1.1 MEMS微机电系统的概述

1.2 射频MEMS简述

1.3 MEMS谐振器概述

1.4论文主要研究内容及工作安排

第2章 MEMS谐振器件

2.1 MEMS谐振器的参数

2.2 MEMS谐振器分类

2.3 MEMS谐振器件产品

2.4本章小结

第3章 盘谐振器振动冲击环境下的理论分析

3.1不考虑盘本身形变时的可靠性分析

3.2考虑盘本身形变时的可靠性分析

第4章 盘谐振器可靠性分析的仿真

4.1 有限元仿真

4.2 ANSYS仿真及分析

4.3 本章小结

第5章 MEMS阵列谐振器的偏移量仿真

5.1 MEMS盘阵列谐振器

5.2 方形盘阵列谐振器

5.3 谐振器工艺的改进

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 论文中的不足

致谢

参考文献

附录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目