RF MEMS开关是最早应用的射频MEMS器件之一,与传统的FET和p-i-n二极管相比,RFMEMS开关以其极低的直流功耗,优越的微波性能,以及很高的线性度在微波/毫米波电路中表现出巨大的应用前景。它可以制作移相器、开关式滤波器和开关阵列,可应用于雷达系统、卫星通信系统、无线通信系统和仪器设备系统等。 由于目前硅制作工艺较为成熟且对硅的材料特性研究比较深入,所以现在MEMS开关大多是制作在硅衬底上的。为了能与高速GaAs信号处理电路相集成,有必要研究基于砷化镓衬底的RF MEMS开关；此外,目前MEMS并联膜开关大多数采用微波信号和直流驱动信号相叠加的技术,这在某些应用方面带来一些问题,所以很有必要研究微波信号和直流信号分离的MEMS开关,并保持开关低的阈值电压和良好的微波特性。 本文在RF MEMS并联膜开关的基础上提出了交直流分离的MEMS并联膜开关。该结构是在基本的MEMS并联膜开关的信号线的两旁各加了一个直流驱动电极用于直流驱动,而信号线仅用于微波信号的传输,从而实现交直流分离。该结构可以防止直流信号的波动引起交流信号的失真,另外交直流分离还可以方便单刀多掷开关的设计,有利于多种开关结构的组合；在交直流分离开关的设计基础上,以此结构设计电容耦合式开关和电阻接触式开关的级联,提出双膜桥开关结构,该结构利用电容耦合式开关在较高频率(谐振点处)的高隔离度和电阻接触式开关在低频段的高隔离度,使得开关在较宽的频带内得到比较高的隔离度。 本文主要根据阈值电压、插入损耗、隔离度和反射损耗这几个指标对交直流分离的并联膜开关和双膜桥开关进行了结构设计和尺寸设计。运用有限元分析软件Coventor Ware、高频结构分析软件HFSS和ADS对膜开关进行了阈值电压和S参数的模拟和优化,模拟结果表明,所设计的RF MEMS开关具有良好的直流特性和微波特性。 在理论分析和软件模拟的基础上,遵循信息产业部55所MMIC的工艺要求,对所设计的膜开关进行了工艺设计和版图设计,并在GaAs工艺线上进行了流片,研制出了GaAs衬底上的MEMS开关。通过对所制作的MEMS开关的S参数测试,交直流分离的开关在0.5～26.5GHz频域内,开关的插入损耗小于0.2dB;反射损耗优于-20dB;在自谐振点,开关的隔离度可达到30dB;所设计的双膜桥开关在0.5～20GHz频域内,开关的插入损耗小于0.6dB;反射损耗优于-10dB;在自谐振点,开关的隔离度可达到40dB,频带也比较宽。