电容式MEMS微波功率传感器的研究

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在当今的微波通信研究领域,通讯系统需要重量轻、体积小、功耗小和高集成度的电子器件。RF MEMS提供了一类新的器件和元件,这些器件相对于传统的器件(半导体器件)有更优越的微波性能,从而更好地提高了系统的性能。MEMS微波功率传感器作为微波通信器件中的一个重要的成员,在功率检测以及大系统的应用中具有很重要的作用。现今大部分检测RF信号功率的技术都是基于终端器件的(如微卡路里计、测辐射热仪和电热调节装置),功率在测量后都会损失,而且动态范围有限,弛豫时间长。电容式MEMS微波功率传感器是通过测量信号线和膜桥上由于微波信号等效静电力作用带来的平板电容值的变化从而间接的检测信号线上的微波功率,所以其具有宽带测量和低微波功率损耗的特点。   本文就针对宽频率范围、低的插入损耗和反射损耗、高的功率处理能力、可以转换工作状态的电容式MEMS微波功率传感器进行了研究。主要内容包括:   (1)在原先的电磁学模型和静电力学模型的基础上,建立了固支梁电容式MEMS微波功率传感器的系统级宏模型。运用仿真软件Coventor对固支梁电容式MEMS功率传感器进行pull-in电压和电容值的仿真,并将Coventor仿真结果与系统级宏模型的理论计算结果进行对比分析,修正了系统级宏模型。   (2)对固支梁和悬臂梁电容式MEMS微波功率传感器的共面波导补偿结构进行了渐变处理,使其微波性能更加优越,而且也更利于在实际应用时的制备和使用。   (3)在固支梁和悬臂梁电容式MEMS微波功率传感器的理论计算的基础上,对固支梁和悬臂梁电容式MEMS微波功率传感器的结构参数(梁的长度和宽度、CPW补偿结构的长度和宽度)进行了HFSS软件仿真和研究,使其具有宽频带、低的回波损耗和反射损耗、较大的功率处理能力。   (4)在现有的GaAs MMIC工艺基础上,对电容式MEMS微波功率传感器进行了工艺以及版图设计,主要对测试用引线布局和工艺稳定性进行了优化设计。   (5)对GaAs MMIC工艺条件下制备出来的电容式MEMS微波功率传感器进行了微波性能和电容值的测量。在8-12GHz范围内,固支梁电容式MEMS微波功率传感器的插入损耗小于0.306dB,反射损耗小于-26.691dB;悬臂梁电容式MEMS微波功率传感器的插入损耗小于0.265dB,反射损耗小于-25.154dB。固支梁电容式MEMS微波功率传感器的pull-in电压在23V左右,悬臂梁电容式MEMS微波功率传感器的pull-in电压在20V左右。   本文对电容式MEMS微波功率传感器的模型、结构都进行一些改进性的设计、优化。
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