串联欧姆接触式射频MEMS开关器件研究.pdfVIP

哈尔滨工业大学专业学位硕士论文

摘要

随着通信技术走向应用，适用于高频条件下的微波射频器件的需求也逐渐

增加，同时高频所带来的设计难点与挑战也不容忽视。射频开关作为射频通信

系统的重要组成部分，因此射频开关的插入损耗、隔离度、吸合电压、吸合时

间等一系列参数的优化也成为射频开关设计的重点和难点。MEMS（Micro-

Electro-MechanicalSystem）作为21世纪最具发展前景的技术之一，射频MEMS

开关具有小型化、低损耗、大带宽等优异性能，成为当前高性能射频开关设计

的最佳选择。

针对上述关键科学问题，本文的主要研究内容与关键性技术指标如下：

（1）设计了一种欧姆接触式串联MEMS开关设计方案；针对5G通信频段

频率更高、通带范围更广的特点，并结合不同种类射频MEMS开关的优势，合

理地选择了欧姆接触式串联射频MEMS开关器件，其工作中心频率为5GHz，

适用于5GN79通信频段。

（2）射频MEMS开关的仿真优化，确定MEMS开关的关键参数。主要内

容包括具体器件尺寸结构的优化仿真，结合多软件进行协同优化仿真迭代。软

件包括先进制程工业系统设计软件（AdvancedDesignSystem，ADS）和高频结

构仿真设计软件（HighFrequencyStructureSimulator，HFSS）等。射频MEMS

开关的关键性指标为：1.通带内插损优于0.4dB；2.位于中心频率处的隔离度优

于20dB。器件的动力学参数及静力学参数分别利用Simulink与COMSOL软件

进行联合仿真，其结构满足吸合电压低于80V。

（3）射频MEMS开关的器件制备、加工与测试。在开关具体尺寸确定后，

通过加工方案选择、加工流程的制定。使用版图绘制软件L-edit，进行开关掩模

版的分层绘制，后经过光刻、电镀、刻蚀等MEMS加工工艺，实现基于平面牺

牲层工艺的射频MEMS开关器件实物加工，完成了射频MEMS关键器件的加

工制作。最后进行了测试平台的搭建工作，以及利用矢量网络分析仪等设备进

行器件性能测试及分析。通过对比实际测量结果（通带损耗、隔离度、吸合电

压等）与仿真曲线结果，分析开关产生实测偏差的原因。以求最终能够设计出

满足射频通信频段需求的射频MEMS开关。

关键词：MEMS；射频MEMS；射频开关；平面牺牲层工艺

-I-

哈尔滨工业大学专业学位硕士论文

Abstract

Withtheapplicationofmillimeterwavecommunicationtechnology,thedemand

formicrowaveRFdevicessuitableforhighfrequencyconditionsalsoincreases

gradually.Meanwhile,thedesigndifficultiesandchallengesbroughtbyhigh

frequencycannotbeignored.Asanimportantpartofmillimeterwavecommunication

system,RFswitchisresponsibleforthegatingofRFlinkandtheimpedancebalance

ofRFmicrowavesystem.Therefore,theoptimizationofRFswitchinsertionloss,

isolationdegree,suctionvoltage,suctiontimeandotherparametershasbecomethe

focusanddifficultyofRFswitch