本文關(guān)鍵詞：基于COMSOL的Ka波段分布式MEMS移相器的結(jié)構(gòu)—熱耦合分析

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【摘要】：MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）器件以其體積小、多功能、成本低和功耗低等特點(diǎn)，在民用和軍用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在RF MEMS（射頻微機(jī)電）領(lǐng)域，MEMS移相器具有隔離度好、插入損耗低、控制電路耗能低和工作頻帶寬等眾多優(yōu)勢(shì)，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)移相器的不足，但是目前國內(nèi)對(duì)MEMS移相器的研究還不夠成熟，因此，本文在分別總結(jié)了RF MEMS和MEMS移相器的國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)以及其在相控陣?yán)走_(dá)中的應(yīng)用狀況的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款Ka波段分布式MEMS傳輸線移相器，并對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其綜合電性能達(dá)到最優(yōu)，進(jìn)一步分析了該移相器熱功耗引起的溫度升高情況，主要包括以下內(nèi)容： 1）設(shè)計(jì)了分布式MEMS移相器，并在多物理場(chǎng)耦合分析軟件COMSOLMultiphysics中對(duì)其MEMS電容進(jìn)行建模和仿真分析，研究了MEMS橋的結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)與偏置電壓的電場(chǎng)之間的關(guān)系，給出了MEMS橋的位移與偏置電壓的關(guān)系，顯示鋁硅合金的微機(jī)械懸臂梁滿足MEMS移相器的低電壓和高可靠性要求。 2）在HFSS中對(duì)其電磁物理場(chǎng)的性能進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示此MEMS移相器在35GHz時(shí)可以實(shí)現(xiàn)286°的相移，在0-50GHz的范圍內(nèi)，插入損耗小于-1.43dB；在35GHz時(shí)插入損耗為-1.23dB。為了得到更好的射頻/微波性能，，將能夠減小損耗的新型高阻硅襯底MOS結(jié)構(gòu)的凸起式共面波導(dǎo)應(yīng)用到建立的MEMS移相器中，分析得0-50GHz時(shí)插入損耗小于-1.35dB，在35GHz時(shí)降為-1.11dB，插入損耗得到改善；并創(chuàng)建了插入損耗和相移量與結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸之間的關(guān)系圖，通過確定信號(hào)線的寬度、MEMS橋的初始高度和橋?qū)挾纫约敖橘|(zhì)層的厚度這些關(guān)鍵尺寸，綜合優(yōu)化其插入損耗和相移量。 3）在COMSOL中對(duì)本文設(shè)計(jì)的MEMS移相器工作時(shí)的溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真，結(jié)果顯示MEMS移相器的電容溫度超出允許的溫度范圍，表明MEMS移相器的熱功率損耗是不可忽略的，工程實(shí)際中應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。并分析了MEMS薄膜橋的寬度、厚度和長(zhǎng)度對(duì)其溫度的影響，表明在MEMS移相器的設(shè)計(jì)中需要對(duì)其進(jìn)行機(jī)電熱的集成設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：MEMS移相器 可靠性 插入損耗 相移量 熱損耗
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH-39
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-24
• 1.1 MEMS的概述8-9
• 1.1.1 MEMS的研究背景8
• 1.1.2 MEMS的定義8-9
• 1.2 RF MEMS的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀9-18
• 1.2.1 RF MEMS的研究背景9
• 1.2.2 RF MEMS的基本理論與發(fā)展動(dòng)態(tài)9-16
• 1.2.3 RF MEMS在相控陣中的應(yīng)用16-18
• 1.3 MEMS移相器的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀18-22
• 1.3.1 MEMS移相器的研究背景18-19
• 1.3.2 MEMS移相器的國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)19-22
• 1.4 本文工作22-24
• 第二章 MEMS移相器的基本理論24-30
• 2.1 MEMS移相器的概述24-26
• 2.1.1 MEMS移相器的分類24-25
• 2.1.2 MEMS移相器的優(yōu)缺點(diǎn)25
• 2.1.3 MEMS移相器的技術(shù)指標(biāo)25-26
• 2.2 與MEMS移相器相關(guān)的MEMS元器件26-28
• 2.3 MEMS移相器在相控陣中的應(yīng)用28
• 2.4 RF MEMS需解決的問題28-30
• 第三章 分布式MEMS移相器的設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化30-46
• 3.1 COMSOL Multiphysics簡(jiǎn)介30
• 3.2 分布式MEMS移相器的設(shè)計(jì)與性能仿真30-41
• 3.2.1 分布式MEMS移相器的主要組成30-31
• 3.2.2 幾何結(jié)構(gòu)創(chuàng)建31-32
• 3.2.3 材料設(shè)置32-33
• 3.2.4 網(wǎng)格剖分33
• 3.2.5 機(jī)電物理場(chǎng)33-37
• 3.2.6 電磁物理場(chǎng)37-41
• 3.3 分布式MEMS移相器的優(yōu)化設(shè)計(jì)41-46
• 3.3.1 分布式MEMS移相器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化41-42
• 3.3.2 分布式MEMS移相器的尺寸優(yōu)化42-46
• 第四章 分布式MEMS移相器的結(jié)構(gòu)-熱耦合仿真46-52
• 4.1 RF MEMS器件帶來的相控陣天線熱損耗的減少46-47
• 4.2 MEMS移相器帶來的相控陣天線熱損耗的減少47
• 4.3 MEMS移相器的結(jié)構(gòu)—熱耦合分析47-52
• 4.3.1 MEMS移相器的溫度場(chǎng)分析48-49
• 4.3.2 MEMS移相器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)溫度的影響49-52
• 第五章 工作總結(jié)與研究展望52-54
• 5.1 工作總結(jié)52
• 5.2 研究展望52-54
• 致謝54-56
• 參考文獻(xiàn)56-64
• 研究成果64-65

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 夏牟;郝達(dá)兵;;RF MEMS的關(guān)鍵技術(shù)與器件[J];電子與封裝;2006年01期

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本文編號(hào)：974760