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本论文主要研究一种新型微波元件-RFMEMS开关,取得的成果有:提出了一种共面波导上并联型RFMEMS开关传播参量的计算方法。
该方法将开关等效成一段传输线,通过保角变换,计算得到传输线的等效介电常数和特性阻抗。采用传输线模型和传统的集总参数电容模型分别计算得到开关的S参数,实验显示该方法得到的计算结果更接近测试结果。
采用表面硅微机械工艺制作了共面波导并联RFMEMS开关。测试结果显示:开关驱动电压约为30V;在15GHz-32GHz隔离度大于20dB;在0-2GHz插入损耗小于0.38dB。采用体硅微机械工艺制作了单晶硅材料的串联RFMEMS开关。测试结果显示:开关驱动电压为46V;在0-2GHz频率范围内,插入损耗小于1dB,隔离度大于42dB。
研究了MEMS开关的瞬态响应,实验观测到了MEMS开关的瞬态响应波形,并从力学原理上进行了分析。建立了串联RFMEMS开关的电容耦合模型,通过该模型可以解释开关瞬态响应中的耦合现象,并对该耦合现象进行了实验观测。
对RFMEMS开关及其封装进行了参数提取和优化,设计了补偿电路。对于串联开关,补偿电路形式为双谐振陷波电路。通过补偿,在5GHz,隔离度比未补偿前改善了15.6dB,而加入谐振回路后的插损只恶化0.07dB。在2-5GHz频段内,插损的最大影响小于1dB;对于并联开关,设计了反射叠加式和低通滤波式两种补偿电路。通过补偿,在X波段开关的插损改善3dB,隔离度改善7dB。
探索MEMS开关的新应用,采用MEMS开关制作了E类放大器。该放大器的效率为64.3%,功率增益大于1000。首次采用无源器件代替有源器件,实现了放大器的功能,进一步验证了E类放大器理论的正确性。