Ka波段五位分布式MEMS传输线移相器设计

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与传统移相器相比,分布式MEMS传输线(DMTL)移相器具有插入损耗小、功耗低、带宽宽、体积小易于集成等优点,可望在相控阵雷达、卫星通信及微波测量等领域得到广泛应用。目前DMTL移相器的工作频率和位数不高,不能满足现代通信发展的需求。因此,本文以Ka波段5位DMTL,移相器为研究对象,研究了其结构设计、等效电路、机械性能、微波性能、加工工艺和测试等方面的问题。   给出了5位DMTL移相器的总体结构,提出了一种新型直流偏置加载结构。分析了DMTL移相器最小单元一MEMS电容式并联开关的结构和等效电路模型。根据理论计算和经验,初步选取了5位DMTL移相器的微波参数和结构尺寸。采用HFSS软件建立了开关的三维电磁场模型并优化了关键结构参数;由仿真得到的S参数,拟合出开关等效电路的CLR参数。采用CoventorWare软件进行了开关的机电耦合仿真,得出其驱动电压约为2.1V。采用ADS软件建立了5位DMTL移相器的等效电路模型,仿真得到移相器32个相移状态的微波参数。仿真结果表明:设计的5位DMTL移相器,工作频率为35GHz时,移相精度<0.6°、插入损耗<0.3dB、回波损耗>25dB。   根据流片单位的表面微机械加工工艺约束条件,对5位DMTL移相器设计版图和微加工工艺进行了多轮改进,制备了初步的5位DMTL移相器工艺样品。但还存在以下问题:由于MEMS开关中微桥的实际高度为5μm,与设计值1.7μm差距很大;微桥上的工艺开孔直径过大,导致桥区显著变形。   进行了单个MEMS开关的动态特性测试,在36V直流电压驱动下,桥区下拉高度约为2μm。由于工艺中对MEMS桥结构和上下电极初始高度的临时改变,开关样品的驱动电压36V与设计值2.1V差距甚大。  
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