左手介质传输线MEMS移相器的研究

• 作 者: 陈鹏
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 移相器 左手介质 RF MEMS开关 等效电路

目前，基于MEMS技术的可调左手介质微波器件是微波领域的研究热点之一。左手介质由于其特殊的电磁特性被广泛应用于设计新型的微波器件。RFMEMS开关在高频段具有损耗小、功耗低、线性度高的优点，是设计高性能移相器的理想开关。本文将左手介质和RF MEMS的优点相结合，设计了一款基于左手介质传输线的MEMS2位移相器。首先，本文叙述了谐振型和传输线型左手介质的工作原理，根据传输线理论和等效介质理论，建立了单元左手介质的等效电路模型，运用Nicolson-Ross-Weir方法推导了提取等效介电常数和等效磁导率的关系式。接着，本文介绍了负载线型移相器工作原理的基本方程，并且建立了左手介质MEMS移相器的单元等效电路，为2位移相器的设计与优化提供了理论依据。其次，本文建立了RF MEMS并联开关的力学模型和电路模型，探讨了开关参数影响工作性能的规律。在此理论基础上，采用ANSYS有限元分析软件对RF MEMS并联开关进行静力学和瞬态动力学仿真，讨论了桥梁长度、金属材料和弹性系数对开关动态性能的影响。这部分的研究工作有助于设计高可靠性的RF MEMS并联开关。最后，本文采用Ansoft HFSS软件分别对谐振型左手介质和传输线左手介质进行全波仿真，通过提取等效介电常数和等效磁导率验证其具有左手特性。由于传输线型左手介质比谐振型左手介质具有较低的损耗和较宽的频段，本文选择在传输线型左手介质上合理加载RF MEMS开关，构造了2位移相器。仿真结果表明，该移相器在24GHz处的4种相移状态分别为0o、90.1o、180.4o和277.4o，并且在23GHz～27GHz在之间，移相器的插入损耗优于-2.6dB，回波损耗低于-10.6dB。