可重构MEMS微波天线的研究

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无线通信网络已经成为信息获取和发布的重要途径,人们的沟通、学习、工作和娱乐方式都受到很大的影响。这也导致无线终端设备在小型化、集成化和多功能化等方面的升级需求。天线作为无线通信系统的核心部件之一,也需要在小型化、集成化、宽频带、多频段和多工作模式等方面的不断进步与发展。所以共面MEMS微波天线以及共面频率可重构MEMS微波天线的研究对无线通信在小型化、高度集成化等方面的发展有重要意义。  本论文的工作在综合了RFMEMS、微带天线以及砷化镓MMIC工艺等技术优势的基础上,研究了共面MEMS微波天线以及频率可重构MEMS微波天线的工作原理及设计方法。  提出了X波段的共面MEMS微波天线的基本结构设计、基于双频交叠方法的宽频带设计和基于曲流技术的小型化设计。其中天线基本结构尺寸10.9mm×14.1mm,中心频率10GHz,频带宽度1.88GHz(9.12GHz~11GHz),增益4.38dB。宽频带天线尺寸不变,频带宽度2.65GHz(9.22GHz~11.87GHz),与天线基本结构相比带宽提高0.77GHz,增益4.24dB。小型化天线尺寸3mm×3.2mm,带宽1GHz(9.48GHz~10.48GHz),增益-7.9dB,带宽和增益变差,尺寸大幅度减小。  设计了基于GaAs MMIC工艺的新型频率可重构MEMS微波天线结构。实现方法是基于天线馈线和微带贴片结构,分别添加缝隙和MEMS悬臂梁,利用MEMS悬臂梁的静电可驱动性调整天线的结构。工作频段可以在不同模式之间相互切换,单口径天线的频段交叠覆盖范围可以达到3.77GHz(8.66GHz~12.43GHz),不同模式下天线的主波束辐射方向基本保持一致,增益在3.8dB~4.3dB之间。  测试了共面MEMS微波天线在传感器应用中的有效性。基于共面MEMS微波天线的无线接收式MEMS微波频率传感器的灵敏度约为4.29μV/MHz。该频率传感器实现了共面MEMS微波天线与MEMS频率传感器的单片集成,从终端式检测跨向无线接收检测。  论文中的工作在一定程度上推进无线通信系统在小型化、高集成度和多功能化等方面的技术发展,为全面建设信息化社会添砖加瓦。
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