基于RF MEMS开关的可重构微波均衡器研究

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微波功率均衡器能够调节微波信号在宽频带的幅频响应特征,因此在微波通信领域和雷达系统中发挥着重要的作用,随着技术的发展,雷达、微波通信、卫星通信、移动通信等设备对微波宽带信号传输的幅频响应提出了更高的平坦化要求,与此同时,可重构、高频率,宽频带、低驻波、小尺寸也成为各种微波通信设备在宽带应用中的基本要求。为了实现上述目标,各种微波功率均衡器改进结构被提出,并成为了研究的热点。  本文对微波功率均衡器的原理、分类和研究现状以及热驱动式RFMEMS开关的基本概念进行了调研,在此基础上最终完成了以下工作:  一、基于低驻波共面波导微波均衡器的设计思想以及理论,提出了可重构微波均衡器和RFMEMS开关各类模型及相关解析公式,利用上述理论模型分别计算出上升,下降和凸起三种不同均衡曲线对应的结构参数,在此基础上,提出了另一组可重构微波均衡器结构,即通过多个开关控制接入枝节线上的负载电阻,建立同一种形状均衡曲线最大衰减量的可重构模型。  二、根据上述理论分析,设计了一系列符合不同均衡曲线的微波均衡器。在保证微波均衡器结构相似,满足低驻波,小型化等性能指标的前提下,利用ADS、HFSS等三维电磁软件模拟并进行结构优化,最终使得不同形状均衡曲线的微波均衡器可以通过RFMEMS开关进行结构融合。通过电压控制RFMEMS开关的闭合,改变枝节长度,使得微波均衡器在20GHz~24GHz频段内实现不同形状的均衡曲线,从而实现微波均衡器衰减曲线形状可重构,并达到S21在-1dB和-3dB之间,S11小于-20dB的设计指标。此外,针对寄生效应的影响,还引入匹配结构,使得微波均衡器S21最大值可以全部大于-1dB。  三、根据形状可重构微波均衡器的理论基础和仿真模型,在ADS和HFSS软件中分别模拟了上升、下降和凸起三种形状曲线最大衰减量可重构的微波均衡器模型,对于同一种形状的曲线,可以通过两个开关控制实现四种不同的最大衰减量,S21最小值分别大约为-7.5dB、-6.5dB、-6.0dB和-5.5dB,即最大衰减量依次相差约0.5dB。  四、选择了MEMSCAP公司的MetalMUMPs工艺对两组微波功率均衡器进行了流水,并对流片结果进行了测试和分析。最后的测试结果与模拟结果基本吻合,说明设计的两组微波均衡器均达到了预期指标。
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