基于MEMS微屏蔽传输线的移相器研究

摘要

微波毫米波移相器是通信和雷达应用中相控阵当中的关键部件，分为模拟域移相器和数字域移相器。相较模拟域移相器，数字域移相器具有调节方便、相位偏差小、反应时间短等优势。而一般的数字移相器通常体积较大且工作频率范围不高，所以逐渐出现了采用MEMS技术的数字移相器。
　　本文研究了一种新型传输线-MEMS微屏蔽传输线，并对其进行了理论分析和三维全波仿真。分析研究了直接接触式RF MEMS单刀双掷开关的基本工作原理，完成了对MEMS开关的电路模型建立和电路参数提取，设计了一个针对直接接触式RF MEMS开关的测试系统。设计了基于直接接触式RF MEMS单刀双掷开关的四位开关线型移相器，并完成了移相器的加工制作和测试分析，论文的主要内容如下：
　　（1）研究微屏蔽传输线的传输特性。采用保角变换法对微屏蔽传输线进行了准静态分析，对微屏蔽传输线的传输特性进行了数值计算和仿真分析，研究了其特征阻抗和有效介电常数，该传输线具有特征阻抗变化范围广，有效介电常数接近1的良好传输特性。最后对微屏蔽传输线腔体的结构参数（腔体深度和宽度）进行分析，得到腔体物理结构改变对微屏蔽线传输性能的影响。
　　（2）介绍了RF MEMS单刀双掷开关的基本工作原理，根据开关实际结构参数和实测数据，建立了开关的RLC电路模型，并对其电路参数进行提取，得到完整的RF MEMS单刀双掷开关等效电路模型。将模型代入ADS中进行仿真分析，将分析结果与开关实测数据进行拟合，验证电路模型的正确性和准确性。最后设计了一个针对直接接触式RF MEMS开关的开关测试系统，可以测试开关的切换速度、S参数和寿命等参数。
　　（3）设计了基于RF MEMS单刀双掷开关的四位开关线型移相器。根据提出的移相器拓扑结构设计了移相器参考线、延迟线、T型节以及拐角结构的尺寸和形状。仿真结果显示移相器各移相状态在1.7 GHz~2.7 GHz插入损耗优于-1 dB，回波损耗优于-17 dB，相移精度小于1°。实际测试结果移相器各移相状态在1.7 GHz~2.7 GHz插入损耗优于-2 dB，回波损耗优于-8 dB，相移精度小于2°，基本达到设计要求。但在移相状态40°~75°时，移相器移相度数整体上移了5°，对产生误差的原因进行了分析，提出了改进方法。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 RF MEMS概述

1.2 MEMS微屏蔽传输线研究动态

1.3 RF MEMS开关研究动态

1.4 MEMS移相器研究动态

1.5 本文主要工作

第二章 MEMS微屏蔽传输线

2.1 微屏蔽传输线介绍

2.2 微屏蔽传输线传输特性分析

2.3 本章小结

第三章 直接接触式RF MEMS开关

3.1 开关基本工作原理

3.2 单刀双掷开关建模与参数提取

3.3 开关电路模型仿真

3.4 开关测试电路设计

3.5 本章小结

第四章 RF MEMS四位开关线型移相器设计

4.1 开关线型移相器原理

4.2 四位开关线型移相器设计

4.4 移相器S参数仿真

4.5 移相器PCB设计

4.6 本章小结

第五章 移相器测试与分析

5.1 直流测试

5.2 S参数测试

5.3 本章小结

第六章 结束语

6.1 研究结论

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果