等效模型作为工程研究中一种提炼内在规律,简化描述实际物理现象的工具,在微机电系统这种三维、微尺度、多物理效应混合的复杂系统中具有极其重要的研究价值。借助微机电等效模型的研究,可以详细了解微器件在不同研究层面上的工作机理,更快更好地仿真计算该器件的工作特性。通常在提出了合理的等效模型后,还需通过拟合器件性能曲线等方法提取等效模型的各个参数。得到模型参数后就可以应用该等效模型快速优化设计所需的微机电系统。全文首先简要介绍了微机电系统的定义和分类,进而引入本文讨论的核心射频微机电系统,包括压电声表面波器件、压电体声波器件、静电致动微器件等等,描述了它们在射频通信系统中的重要作用及工作原理。接着介绍了研究射频微机电系统的几种不同层面的模型,如应用于电路层面的MBVD模型,应用于器件内部的COM唯象模型以及适用于各层面的有限元模型,并阐述了各模型的优缺点。之后回顾了近年来相关领域对压电滤波器、压电谐振器、静电MEMS开关的研究工作,为本文的研究工作提供了借鉴与启发。对于电路层面的压电滤波器设计,采用MBVD等效模型最为有效。本文首先研究了从已知压电谐振器性能曲线出发提取MBVD模型参数的方法。其次利用该模型设计了一种多模式压电带通滤波器,并结合商用巴伦等效电路模型设计了一种共模抑制电路,大大提高了滤波器性能,实现了插入损耗小于1.8 dB,1.1GHz处带外抑制高于50dB。之后以L型匹配网络为基础,设计了一种压电陷波型带阻滤波器,详细分析了等效电路中各元件参数对滤波器性能的影响,最后加工了谐振器实物,将其代入滤波器电路验证了理论设计,得到了带内抑制高于27dB且输入输出阻抗由50欧姆变换到72.4欧姆的设计要求。对于元件层面的周期型压电谐振器内部设计,采用考虑了内部反射的COM唯象模型,可满足一般情况下快速器件仿真的需求。但本文的研究发现,谐振器内部激发的多种模式之间存在相互耦合作用。为了引入这一效应,在传统COM模型基础上建立了耦合模COM模型并讨论了其模型参数的提取步骤。在该耦合模COM模型基础上,讨论了在特定结构上快速实现杂模抑制的方法。最后在引入二氧化硅层的温度补偿声表面波谐振器结构上重复了上述研究,得到了在二氧化硅厚度10%~30%,铜电极厚度3%~5%范围内的最佳抑制角,从而实现了快速杂模抑制。对于元件层面的非周期型压电谐振器内部设计,采用有限元模型最为有效。本文为了解决大型非周期型结构有限元模型占用计算资源过高的问题,采用了一种分层级联有限元模型,可大幅减少特定结构的计算时间和存储空间。基于此级联模型,分析了基于128-YX铌酸锂基底的声表面波不连续性结构的散射特性,基于分析结果最终建立了传输线等效模型。对于元件至电路层面的静电MEMS开关及其应用研究,采用等效电路模型和全波仿真有限元模型分析了一种商用MEMS开关,并从测试得到的开关性能特性曲线中提取了等效电路模型的元件参数。基于此MEMS开关,设计了一种4位开关线型移相器。在设计中解决了关键的T型节阻抗匹配问题并建立了整个移相器的全波仿真有限元模型。最后加工制造了该移相器组件并完成了测试分析,结果显示该移相器移相平均误差为0.54°,很好地满足了设计指标。