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改进K型单刀四掷射频MEMS开关

固体电子学研究与进展 2023年第3期43卷 266-271页

作者：芮召骏朱健黄镇姜理利南京电子器件研究所南京210016

针对射频器件小型化以及5G通信发展的需求,设计了一款射频微机电系统(RF-MEMS)单刀四掷开关。该开关由一个改进型K型功分器和六个单刀单掷开关级联构成,并基于硅基MEMS工艺进行制造。其中,改进型K型功分器由多个Y型功分器串并联构成。... 详细信息

针对射频器件小型化以及5G通信发展的需求,设计了一款射频微机电系统(RF-MEMS)单刀四掷开关。该开关由一个改进型K型功分器和六个单刀单掷开关级联构成,并基于硅基MEMS工艺进行制造。其中,改进型K型功分器由多个Y型功分器串并联构成。改进的开关各端口具有插入损耗小和隔离度高的特点。最终流片的测试结果显示:该单刀四掷MEMS开关的插入损耗优于2.8 dB,隔离度优于29 dB。

关键词：射频MEMS 硅基工艺单刀四掷开关

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K型单刀四掷射频MEMS开关设计

传感器与微系统 2021年第4期40卷 70-73页

作者：王姗姗吴倩楠李强韩路路李孟委中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051 中北大学理学院山西太原030051

针对射频器件小型化的发展需求,设计了一种新型射频微机电系统(MEMS)单刀四掷开关结构,通过K型功分器与四个单刀单掷开关级联而成,实现低插损、高隔离的射频性能。其中,K型功分器设计是由1个输入端、4个输出端及1个圆盘型结构优化组成... 详细信息

针对射频器件小型化的发展需求,设计了一种新型射频微机电系统(MEMS)单刀四掷开关结构,通过K型功分器与四个单刀单掷开关级联而成,实现低插损、高隔离的射频性能。其中,K型功分器设计是由1个输入端、4个输出端及1个圆盘型结构优化组成。仿真结果表明:在DC-20 GHz频段内,该单刀四掷开关的插入损耗≤0.41 dB,隔离度≥21 dB,驱动电压为12.4 V;并且在整个工作频段内射频性能稳定,波动幅度小,线性度高。设计的K型单刀四掷开关整体尺寸为2.11 mm×1.6 mm×0.6 mm,在L~Ku(1~18 GHz)波段的小型化无线通信系统中具有较大的应用潜力。

关键词： K型功分器单刀四掷开关低插损无线通信

改进叉型单刀四掷射频MEMS开关的设计与工艺研究

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改进叉型单刀四掷射频MEMS开关的设计与工艺研究

作者：芮召骏中国电子科技集团公司电子科学研究院

学位级别：硕士

射频MEMS开关是利用MEMS技术进行微纳加工实现制造射频微波结构中的开关器件,在MEMS技术中起着主导作用,是许多基于MEMS组件的基本构件。与标准固态电子器件相比,由于其可忽略的功率损耗、固有的可重构性和良好的线性,是一个有价值的替... 详细信息

射频MEMS开关是利用MEMS技术进行微纳加工实现制造射频微波结构中的开关器件,在MEMS技术中起着主导作用,是许多基于MEMS组件的基本构件。与标准固态电子器件相比,由于其可忽略的功率损耗、固有的可重构性和良好的线性,是一个有价值的替代器件。由单刀单掷射频MEMS开关串并联构成的单刀四掷射频MEMS开关,能够实现对多种射频信号的获取、传输、处理等功能。本文针对MEMS开关的机电性能、单刀四掷开关微波性能以及硅基MEMS工艺的改良进行相应的研究。首先介绍射频MEMS开关的工作原理并对其机电性能作深入研究。详细对比不同类型功分器以及不同单刀四掷开关之间的微波性能。对流片器件进行性能测试,结合关键工艺分析问题。本文的详细内容和创新点如下:(1)针对MEMS开关上电极结构设计难度大,机电性能不可靠和构成多掷开关匹配困难的情况,本文利用COMSOL软件进行详细的参数化仿真。对比常见的直板型上电极结构,提出平行支撑型上电极结构。对不同开孔和宽度的上电极结构进行仿真优化,研究开关的阻尼系数,对上述不同的开关结构准确地设置各自的仿真条件,优化出最佳开孔数和平行支撑宽度。(2)为实现单刀四掷开关的端口性能一致性和小型化需求,本文从功分器入手设计单刀四掷开关。以K型功分器为基础,根据端口性能优异和小型化的需求条件,不断改良出三款改进的功分器。其中改进的叉型功分器可以满足端口的性能优异的条件,相比于传统的K型功分器,插入损耗从8.5dB降到8.3dB;最大回波损耗从6dB提升到7.2dB。构成单刀四掷开关后,双开关控制下的通道隔离度性能优异,各输出端口的插入损耗得到改善且一致性也得到提升。在同等尺寸条件下,可以预留出空间布置空气桥和高阻线。(3)针对工艺中下电极和驱动电极的线条图形过腐蚀的情况,修改工艺流程,将干法刻蚀和湿法腐蚀工艺相结合。对比试验中,线条宽度在在改良工艺下几乎没有误差。在电镀悬臂梁的工艺中,出现电镀厚度和电镀形状不可控的问题。由于设计目标中悬臂梁的厚度大且面积小,电镀时间过短难以精确控制电镀厚度。提出降低工作电流,增加电镀时间以降低误差。通过对比试验,悬臂梁的宽度增幅由7.3 μm减小到4.56μm。

关键词：射频MEMS 叉型功分器单刀四掷开关硅基MEMS工艺

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基于硅基GaN工艺毫米波单刀多掷开关设计

基于硅基GaN工艺毫米波单刀多掷开关设计

作者：黎培森西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着现代信息技术的高速发展,人们对射频通信系统提出了更高的要求,毫米波以其丰富的频谱资源、更高的信息速率和更宽的工作带宽逐渐成为未来的主流。射频开关是射频前端必不可少的一部分,用于控制信号发射和接收链路的切换。宽禁带半... 详细信息

随着现代信息技术的高速发展,人们对射频通信系统提出了更高的要求,毫米波以其丰富的频谱资源、更高的信息速率和更宽的工作带宽逐渐成为未来的主流。射频开关是射频前端必不可少的一部分,用于控制信号发射和接收链路的切换。宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）具有宽带隙、高临界击穿电场和高电子饱和速度等优点,GaN射频器件和集成电路目前已经广泛应用于通信系统基站。目前基于GaN工艺的射频开关研究多集中在单刀双掷开关上,在单刀四掷及更多掷开关上的研究较少。本文基于毫米波通信系统前端对于开关宽频段、低插入损耗、低成本的现实需求,使用硅基GaN工艺设计了工作在24.25-33 GHz的单刀双掷开关,并在此基础上设计了用于基站天线阵列垂直向波束扫描的单刀四掷、单刀五掷和单刀八掷开关。本论文的主要研究工作包括:对开关电路的相关理论进行了研究,包括高电子迁移率晶体管（HEMT）开关器件和射频开关电路的基本工作原理、常用电路拓扑结构、射频开关的技术指标以及端口阻抗匹配网络等。本论文选用法国OMMIC公司的硅基GaN工艺进行设计,对所使用的工艺的器件横截面以及相关工艺参数进行了分析,对其电阻、电容、电感、微带线等无源器件的等效电路模型进行了分析。基于国家重点研发计划项目中通信系统基站前端收发机对毫米波开关的需求,在以上理论分析与研究的基础性上,采用并联全反射的电路拓扑结构,设计了工作在24.25-33 GHz的单刀双掷开关,并仿真分析了栅极电阻与端口电容对开关性能的影响。优化设计的单刀双掷开关联合仿真结果为插入损耗小于1.37d B,回波损耗大于17.25 d B,隔离度大于36.02 d B,在频带中心28.6 GHz处的0.1 d B压缩点为31.3 d Bm,芯片面积为2.35×0.63 mm2。为满足基站天线阵列垂直向波束扫描的需求,基于以上设计的单刀双掷开关,设计了工作在24.25-33 GHz的单刀四掷开关、单刀五掷开关和单刀八掷开关。根据三款电路不同的指标要求选取晶体管参数,设计合适的端口电容与匹配。单刀四掷开关与单刀五掷开关采用单极并联全反射的拓扑结构,单刀八掷开关中采用了改进型的拓扑结构。单刀四掷、单刀五掷与单刀八掷开关仿真的插入损耗分别小于1.96 d B、2.20d B和2.67 d B;回波损耗分别大于10.49 d B、10.11 d B和10.51 d B;隔离度分别大于17.18 d B、22.72 d B和20.94 d B。在频带中心28.6 GHz时,0.1 d B压缩点分别达到26.1 d Bm、27.2 d Bm和26.7 d Bm。仿真设计的指标满足了项目要求。

关键词：氮化镓毫米波单刀双掷开关单刀四掷开关单刀八掷开关

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单刀多掷PIN天线转换开关

微波 1986年第3期 60-64页

作者：石树珍杜魁贞航天部二院二十五所

本文是关于微波单刀十六掷开关的总结报告,其中包括开关和波导—连接器的基本组成和工作原理以及开关和连接器的特性。单刀十六掷开关是波导型的组合件,由二十个单刀单掷开关和五个波导—同轴连接器组成,工作在X波段,正偏导通时,导通电... 详细信息

本文是关于微波单刀十六掷开关的总结报告,其中包括开关和波导—连接器的基本组成和工作原理以及开关和连接器的特性。单刀十六掷开关是波导型的组合件,由二十个单刀单掷开关和五个波导—同轴连接器组成,工作在X波段,正偏导通时,导通电流为65毫安,反偏关闭时关闭电压为负4.5伏。开关特性:最小隔离大于27dB,最大插损小于1.8dB,驻波比小于1.3,承受平均功率10瓦,带宽±50MHz,使用管子为同轴封装PIN二板管(国产的)。

关键词：单刀单掷开关单刀四掷开关单刀十六掷开关波导—同轴连接器

基于GaAs pHEMT的W波段多通道发射前端MMIC研究

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微波学报 2020年第S1期36卷 222-224页

作者：王雨桐方园林勇薛昊东汪璐陈艳卢军廷郑俊平李明中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

基于GaAs赝配型高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺,研制了一款96-105GHz的四通道发射多功能芯片,完成信号的多通道倍频放大。电路由Ka、W两个不同频段的功率放大器,一个三倍频器和一个单刀四掷(SP4T)开关构成。测试结果表明,输入频率32-35G... 详细信息

基于GaAs赝配型高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺,研制了一款96-105GHz的四通道发射多功能芯片,完成信号的多通道倍频放大。电路由Ka、W两个不同频段的功率放大器,一个三倍频器和一个单刀四掷(SP4T)开关构成。测试结果表明,输入频率32-35GHz,输入功率0dBm情况下,在输出频率96-105GHz频段内,该四通道发射前端芯片输出功率大于6.5dBm,输入电压驻波比小于1.6:1,输出电压驻波比小于2.5:1。其中,电路为5V和-5V供电;开关控制电压为-5V/0V。芯片尺寸为5.90mm×2.15mm×0.07mm。

关键词： GaAs PHEMT 倍频器功率放大器单刀四掷开关

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应用于无线通信的可重构微带天线研究

应用于无线通信的可重构微带天线研究

作者：顾辉南京理工大学

学位级别：硕士

近些年来,随着无线通信技术的发展,可重构天线在学术界和工业界受到了越来越多的关注。本文基于传统微带天线结构,设计了多种新型的可重构微带天线,所设计的天线具备不同的可重构特性,具有很大的工程应用价值。本文主要研究内容及成果... 详细信息

近些年来,随着无线通信技术的发展,可重构天线在学术界和工业界受到了越来越多的关注。本文基于传统微带天线结构,设计了多种新型的可重构微带天线,所设计的天线具备不同的可重构特性,具有很大的工程应用价值。本文主要研究内容及成果概括如下：1、提出了一种频率可重构圆极化微带天线的设计方法,通过改变加载在4组变容二极管两端的反向偏置电压,同步改变矩形贴片两个正交模式(TM01和TM10)的谐振频率,并且通过微调矩形环槽的长宽差值,实现天线具有圆极化辐射特性工作频率的连续可调。此外,通过在传统叠层微带天线的基础上,引入变容二极管,设计了一个两个通带独立可调的双通带频率可重构微带天线。2、提出了一种四重极化可重构微带天线的设计方法,通过改变馈电网络中4组PIN二极管开关的状态,切换信号传输路径来改变圆形贴片的馈点位置,从而实现天线在4个以45°为间隔的线极化方向(22.5°、67.5°、112.5°和157.5°)之间可重构。此外,通过用1个SP4T开关代替4组PIN二极管,设计了一个无需直流偏置电路的基于SP4T开关的四重极化可重构微带天线。3、提出了一种频率和极化混合可重构微带天线的设计方法,通过引入两组直流偏置电压分别控制跨接在圆形贴片和4个扇形贴片之间的两组变容二极管,实现对天线两个正交模式(TM01和TM10)谐振频率的控制,从而实现天线的极化方式在线极化、左旋和右旋圆极化之间切换,同时天线在三种极化方式下具有频率可重构的特性。此外,在这个设计的基础上,通过用4个接地的金属通孔来替代4个扇形贴片,设计了一个具有相同可重构特性的小型化频率和极化混合可重构微带天线。

关键词：可重构天线微带天线圆极化双通带单刀四掷开关 PIN二极管变容二极管