基于位移放大结构的可重构射频器件研究.pdfVIP

摘要

摘要

随着科学技术和经济社会的快速发展，可重构射频器件的使用已经受到越来越多

研究学者的关注。传统的器件基板作为支撑结构，需要引入其他功能电路构建可重构

射频器件，本文首次将折纸技术引入可重构射频器件领域，提出了一种将柔性基板兼

顾支撑结构和功能结构用途的设计方法，为板级可重构射频器件及电路提供了一种创

新思路，同时通过宏观方式建立结构模型用以指导小型化RFMEMS器件，为RF

MEMS折纸结构提供设计借鉴。

本论文以基于位移放大结构的可重构射频器件研究为出发点，对位移驱动方式、

位移放大结构进行分类并对比各自的优缺点，确定以电热驱动作为器件驱动方式，构

建组合梁结构来驱动折纸梁以实现可重构。在对可重构射频器件的研究背景和发展现

状、位移放大结构类型以及折纸结构基本原理进行分析后，开展了以下研究工作：

（1）建立位移放大结构模型，用以分析位移放大的基本原理，结合设计指标和器

件仿真性能，折中设计位移放大结构的关键尺寸参数；建立聚氨酯薄层折纸折痕处的

受力形变模型，用以分析折纸的折叠过程；建立基于位移放大结构的可重构器件模型，

用以分析器件在电热驱动下的可重构性能；

（2）建立基于位移放大结构的可重构射频器件模型，构建微带线型低通滤波器，

优化结构尺寸参数，对器件的微波性能进行仿真分析，同时对不同折纸折叠高度的器

件微波性能进行对比，以验证器件可重构性；

（3）制备基于位移放大结构的可重构低通滤波器，在电热驱动下实现位移放大结

构的增益以及折纸结构从二维结构向三维结构的转变，空载下位移放大增益约为5倍，

负载下位移放大增益约为3倍，折纸折叠高度为3mm，实现利用位移放大结构结合折

纸技术来构建可重构射频器件的目的，并对低通滤波器进行微波性能测试，实测的截

止频率调谐范围为524MHz~568MHz，回波损耗均小于-15dB，通带外具有良好的衰

减性能，测试数据及变化规律与仿真结果相匹配，说明了本文设计方法的正确性和有

效性。同时测试器件衬底在8cm、12cm和20cm曲率半径下的微波性能，测试结果表

明，随着曲率半径的增加，滤波器的截止频率减小，回波损耗变大，对器件柔性基板

曲率提出了限制要求。

本论文首次提出了利用位移放大结构结合折纸技术来实现可重构射频器件的构建，

并设计出基于该结构的微带线型低通滤波器，对其进行了微波性能仿真设计、加工制

备和实验测试，为板级射频器件提供一种将柔性基板兼顾支撑结构和功能结构用途的

新方法，为芯片级可重构射频器件的发展提供了创新思路。

关键词：V形梁，位移放大结构，折纸技术，可重构低通滤波器

I

Abstract

Abstract

Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,theuseofreconfigurableRF

deviceshasattractedmoreandmoreresearchersattention.Thetraditionaldevicesubstrateis

usedasasupportstructure,andotherfunctionalcircuitsneedtobeintroducedtoconstruct

reconfigurableRFdevices.Thispaperintroducesorigamitechnologyintothefieldof

reconfigurableRFdevicesforthefirsttime,andproposesadesignmethodthatcombinesboth

supportstructureandfunctionalstructureof