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硅基共面波導(dǎo)MEMS歐瑪爾OMAL開關(guān)
射頻微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)作為未來通信的核心技術(shù)，通過靈巧的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，還具有更輕便、低能耗、低成本等特點(diǎn)。RF MEMS歐瑪爾OMAL開關(guān)由于其高隔離、低損耗、小體積、易集成、優(yōu)良線性度等特性，近年來成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。完善OMAL開關(guān)設(shè)計(jì)，將其應(yīng)用于可調(diào)射頻器件如可調(diào)濾波器、可重構(gòu)天線、移相器等已經(jīng)成為研究的趨勢(shì)。

硅基共面波導(dǎo)MEMS歐瑪爾OMAL開關(guān)
基于MEMS技術(shù)的射頻OMAL開關(guān)和基于OMAL開關(guān)的可調(diào)射頻器件在衛(wèi)星、通信系統(tǒng)、各類雷達(dá)系統(tǒng)、新概念探測(cè)設(shè)備等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。 面向硅基共面波導(dǎo)（CPW）RFMEMS歐瑪爾OMAL開關(guān)，從需求出發(fā)，針對(duì)其電磁，電路和力學(xué)特性進(jìn)行建模分析。通過對(duì)上、下態(tài)電容，電感和電阻的計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)了OMAL開關(guān)電磁參數(shù)的精確提取；建立了OMAL開關(guān)的電路模型，進(jìn)行了電路模型中電參數(shù)射頻性能分析；分析計(jì)算了OMAL開關(guān)彈性系數(shù)，建立了靜電驅(qū)動(dòng)下的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變形分析，并對(duì)低驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。在對(duì)模型分析的基礎(chǔ)上，分析了影響OMAL開關(guān)射頻性能的因素，引入了共面波導(dǎo)缺陷地（DGS）結(jié)構(gòu)，有效地降低了OMAL開關(guān)的諧振頻率。完成了低驅(qū)動(dòng)電壓OMAL開關(guān)、高隔離度OMAL開關(guān)、高可靠性O(shè)MAL開關(guān)、穩(wěn)定電感直插式OMAL開關(guān)的設(shè)計(jì)、仿真及測(cè)試，并將其應(yīng)用于模擬可調(diào)和數(shù)字可調(diào)濾波器設(shè)計(jì)中，驗(yàn)證了OMAL開關(guān)設(shè)計(jì)的有效性。設(shè)計(jì)完成了兩套OMAL開關(guān)平坦化MEMS加工方案，對(duì)OMAL開關(guān)和可調(diào)濾波器進(jìn)行了加工測(cè)試，分析了測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證了理論模型，給出了工藝改進(jìn)方案。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：提出了一種OMAL開關(guān)電容精確計(jì)算方法 提出了一種求解MEMS歐瑪爾OMAL開關(guān)上態(tài)電容的方法，將帶有MEMS橋的共面波導(dǎo)等效成兩組微帶線，通過精確計(jì)算微帶線電容，實(shí)現(xiàn)RFMEMS歐瑪爾OMAL開關(guān)上態(tài)電容的精確提取。其準(zhǔn)確性在參數(shù)提取后的有限元結(jié)構(gòu)仿真和電路模型仿真對(duì)比中得到了驗(yàn)證。構(gòu)建了一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的電感可調(diào)OMAL開關(guān)模型在OMAL開關(guān)電磁模型分析的基礎(chǔ)上，提出將共面波導(dǎo)傳輸線的缺陷地結(jié)構(gòu)引入硅基共面波導(dǎo)MEMS歐瑪爾OMAL開關(guān)設(shè)計(jì)中。根據(jù)電磁參數(shù)的提取，驗(yàn)證了缺陷地額外電感的引入。在不改變OMAL開關(guān)尺寸的前提下，該結(jié)構(gòu)增加了OMAL開關(guān)的設(shè)計(jì)維度，為電容式OMAL開關(guān)諧振頻率的低頻化設(shè)計(jì)提供了一種有效的解決方案。通過OMAL開關(guān)的設(shè)計(jì)、仿真及測(cè)試驗(yàn)證了其有效性。提出了一種電容式MEMS歐瑪爾開關(guān)射頻性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究了OMAL開關(guān)梁幾何尺寸和梁上釋放孔對(duì)射頻性能隔離度和插入損耗的影響，分析了影響電容式OMAL開關(guān)諧振頻率的因素，包括極板相對(duì)面積、介質(zhì)層間距和介電常數(shù)、梁結(jié)構(gòu)本身電感和缺陷地引入電感對(duì)諧振頻率的影響，提出了一種OMAL開關(guān)射頻性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。研制了多款高性能MEMS歐瑪爾OMAL開關(guān)根據(jù)對(duì)OMAL開關(guān)性能需求的不同，設(shè)計(jì)了兩款低驅(qū)動(dòng)電壓OMAL開關(guān)，包括圓弧彎曲梁OMAL開關(guān)和雙彎曲梁OMAL開關(guān)，OMAL開關(guān)在保證隔離度的同時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓測(cè)試低于30V；兩款高隔離度電壓OMAL開關(guān)，包括糖果形OMAL開關(guān)和混合式OMAL開關(guān)，在工作頻率范圍內(nèi)隔離度優(yōu)于-40dB；兩款高可靠性O(shè)MAL開關(guān)，包括仿生物神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的仿生式和四通式OMAL開關(guān)；多款穩(wěn)定電感的直插式OMAL開關(guān)，避免了OMAL開關(guān)梁電感對(duì)諧振頻率的影響，便于電感的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)。OMAL開關(guān)諧振頻率設(shè)計(jì)包括Ku至Ka波段。通過理論模型分析提取了其特性參數(shù)，并將其加工測(cè)試。實(shí)現(xiàn)了基于MEMS歐瑪爾開關(guān)的模擬、數(shù)字可調(diào)濾波器一體化設(shè)計(jì)在對(duì)OMAL開關(guān)設(shè)計(jì)和參數(shù)提取的基礎(chǔ)上，對(duì)OMAL開關(guān)、濾波器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)的新型低驅(qū)動(dòng)電壓圓弧彎曲梁OMAL開關(guān)應(yīng)用于濾波器設(shè)計(jì)，完成了基于K倒相器的模擬可調(diào)濾波器和槽線半波耦合數(shù)字可調(diào)濾波器設(shè)計(jì)。進(jìn)行了可調(diào)濾波器的加工，OMAL開關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓低于30V,模擬可調(diào)頻率范圍為20.26GHz至26.15GHz,數(shù)字可調(diào)頻率為19.2GHz.

硅基共面波導(dǎo)MEMS歐瑪爾OMAL開關(guān)
測(cè)試驗(yàn)證了基于OMAL開關(guān)的可調(diào)濾波器一體化設(shè)計(jì)的有效性。設(shè)計(jì)了MEMS歐瑪爾開關(guān)平坦化工藝 提出了采用多次涂膠干法刻蝕結(jié)合膠體自流平效應(yīng)的OMAL開關(guān)表面平坦化加工工藝，加工粗糙度低于100A.完成了金梁和鋁梁OMAL開關(guān)結(jié)構(gòu)的加工、測(cè)試和分析。分析了測(cè)試結(jié)果，驗(yàn)證了影響OMAL開關(guān)諧振頻率漂移的因素，在對(duì)OMAL開關(guān)失效分析的基礎(chǔ)上提出了工藝改進(jìn)方案。