射频硅基开关线型MEMS移相器的研究项目摘要

移相器大量应用于相控阵系统中，是相控阵雷达、卫星通信及微波测量系统中的关键元件之一。本项目研究一种新型的结合MEMS技术制备的低损耗开关线型移相器，该器件通过在传输线上加载高性能接触式MEMS开关实现不同电长度传输通道的选择，从而得到不同的相移量。项目研究并实现硅基上的低损耗、低驱动、高相移精度的开关线型MEMS移相器，有结构简单、体积小、重量轻、成本低、易于与IC、MMIC集成等优点。该MEMS

国内的RF MEMS开关研究已经有很大的进步，很多已报道的开关都具有很优良的性能，但与国外的研究相比，在性能和可靠性上还有一定差距，并且在结构上还有些简单，可靠性也有待提高，还有很多方面需要提高：

( 1) 由于电磁驱动的RF MEMS开关结构的特殊性，使得磁场分布不均匀，漏磁比较多，必须研究优化电磁系统的结构的方法以减小功耗和提高驱动力。

( 2) 为了能满足射频器件集成化和微型化的要求，电磁驱动RF MEMS开关需要制作更小尺寸线圈。

( 3) 加快RF MEMS开关可靠性研究，金属接触以及开关失效原因的研究是提高开关寿命有效途径。

( 4) 封装问题是MEMS产品实现商品化的前提，因为MEM S产品容易受周围环境的影响，RF MEMS电路正常工作很大程度上取决于由封装所提供的内部环境与保护。而有关MEMS封装的研究还处于初级阶段，MEMS器件的多样性和非密封性往往需要为每种器件单独开发相应的封装技术，需要在不影响MEMS器件性能的前提下，为设计者提供一系列标准化的封装技术。

对很多MEMS设计者来说，手机市场是巨大的诱惑。全球的无线市场在2005年时已经达到了5550亿美元，而且预计到2010年时会增长到8000亿美元(Reuters 2006)。对那些能把RF MEMS集成进手机中的公司来说，这代表着一个巨大的资金来源。通过使用RF MEMS开关、电容器、电感等一系列元件，手机可以实现极好的可重构性能。手机毫无疑问可以工作在任何频率，或者是任何频道，符合任何标准，在任何地点使用。漏接电话的事情将不会在发生。使用固态电子器件去实现这些作用时，很多性能限制将会出现。

我们今天所知道的MEMS开关的概念是在20世纪80年代末期90年代初期被提出的。第一份公开发表的论文只是提出了MEMS器件的概念，同时指出了器件设计面临的一些挑战以及它的潜在应用(Koester et al. 1996)。尤其是MEMS开关对射频工程师具有巨大的吸引力，它们的潜力包括减少芯片的总面积、功耗和器件成本。一个RF MEMS开关的照片如图1中所示。MEMS器件最初被唯一的制作在硅衬底上是因为集成电路也是被制造在硅上。硅材料的属性和硅上的制造工艺已经为我们所熟知。