射頻系統(tǒng)中MEMS諧振器、濾波器基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用研究.pdf

1、射頻MEMS技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的高新技術(shù)，它具有微型化、低損耗、可集成、成本低等特點(diǎn)，用它實(shí)現(xiàn)相關(guān)射頻器件或系統(tǒng)可為無線通信技術(shù)帶來新的變化。本論文受重慶市教育委員會(huì)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“基于復(fù)合腔結(jié)構(gòu)MEMS諧振器、濾波器應(yīng)用研究”(No.020508)支持，主要研究了射頻MEMS諧振器、濾波器相關(guān)的基礎(chǔ)理論及其器件設(shè)計(jì)研究。 本文的前兩章介紹了射頻MEMS研究現(xiàn)狀及其相關(guān)MEMS基礎(chǔ)理論及其微細(xì)工藝：基礎(chǔ)理論包括微尺度下電磁學(xué)

2、、幾何、熱學(xué)等相關(guān)理論；微細(xì)加工工藝包括體硅微細(xì)加工工藝和表面微細(xì)加工工藝等。第三章介紹了近年來國(guó)內(nèi)、國(guó)際上研制的典型MEMS諧振、濾波器件。對(duì)這些器件結(jié)構(gòu)原理、制造方法以及性能指標(biāo)作了分析。根據(jù)這些器件的性能指標(biāo)，分析了它們?cè)谏漕l系統(tǒng)中的應(yīng)用和不足。 第四章在相關(guān)微尺度條件下和微細(xì)加工工藝基礎(chǔ)上，研究出的新型MEMS微帶結(jié)構(gòu)濾波器利用三維有限元電磁學(xué)軟件HFSS模擬出良好的性能：S21損耗不到3.5dB，中心頻率約為40GHz

3、，通頻帶約為12GHz，尺度僅為2000μm×850μm×120μm，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺度微小，集成容易，利于加工。第五章研究的基于復(fù)合圓柱腔MEMS結(jié)構(gòu)諧振器的諧振頻率可高達(dá)72GHz，此時(shí)Q值達(dá)到1387，S11約為14dB，尺度為5.9mm×6mm×1.6mm，理論計(jì)算值和仿真值的誤差不到1％，說明設(shè)計(jì)具有一定的可行性。第六章研究的基于MEMS共面波導(dǎo)腔結(jié)構(gòu)帶通濾波器，其中心頻率為46GHz，S21損耗約為1dB，通頻帶約為20GHz，

4、該器件更利于集成化、尺度更微小，僅為800μm×600μm×100μm；同時(shí)利用大型有限元軟件ANSYS研究了該MEMS復(fù)合結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力特性表明，在一定溫度范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不會(huì)失效。若改變這些器件的設(shè)計(jì)參數(shù)，則可獲取不同優(yōu)良性能需求的MEMS諧振、濾波器件。 射頻MEMS技術(shù)涉及到微細(xì)加工、光學(xué)、微控制及其無線通信技術(shù)等多交叉學(xué)科，而跟這些相關(guān)聯(lián)的光學(xué)、微控制和微細(xì)加工工藝更是該技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段的射頻MEMS技術(shù)可集中于