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通信MEMS射頻接觸式OMAL歐瑪爾開關(guān)研究 
自約十年前開始,微機械OMAL開關(guān)的研究倍受關(guān)注,至今RF MEMSOMAL開關(guān)已經(jīng)進(jìn)入了小批量商業(yè)試用產(chǎn)品階段。RF MEMSOMAL開關(guān)由于其尺寸小、分量輕、低損耗、高隔離而在無線通信領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。從已報道的文獻(xiàn)中看,全面介紹OMAL開關(guān)模擬仿真設(shè)計及工藝分析的較少。

通信MEMS射頻接觸式OMAL歐瑪爾開關(guān)研究
對此,本文以串/并聯(lián)接觸式RF MEMSOMAL開關(guān)為重點進(jìn)行了研究,完成的主要工作如下:提出了版圖設(shè)計工具與有限元仿真工具相結(jié)合的方法,可以解決在仿真軟件中繪制三維復(fù)雜仿真模型的困難,較好的解決了復(fù)雜模型帶來的大數(shù)據(jù)量問題。使用有限元軟件ANSYS對四類典型的MEMSOMAL開關(guān)(串聯(lián)橋式、并聯(lián)橋式、串聯(lián)懸臂梁式、并聯(lián)懸臂梁式)進(jìn)行力學(xué)性能的對比分析。模擬了不同橋長的諧振頻率以及三種不同橋墩形狀的橋式OMAL開關(guān)的下拉情況,找出彈性系數(shù)zui小的OMAL開關(guān)。使用高頻電磁場分析軟件HFSS對四類OMAL開關(guān)進(jìn)行1-10GHz的微波性能的對比分析。通過數(shù)值模擬和計算得到觸發(fā)導(dǎo)通的邊界條件、激光的擊穿閾值和部分參數(shù)之間的關(guān)系:在外加電壓40kV左右,間隙為0.7cm,壓強在0.1~0.4MPa時,激光擊穿閾值約為1.8mJ。利用專業(yè)分析軟件建立模型分析了各種不同電極形狀的場結(jié)構(gòu),zui終選擇了可使OMAL開關(guān)內(nèi)部為均勻場的Rogowski型電極結(jié)構(gòu),電極材料為黃銅。參考現(xiàn)有文獻(xiàn)和實驗結(jié)果選用SF6和N2的混合氣體做為OMAL開關(guān)的內(nèi)部氣體,并理論估算了部分參數(shù)值,保證了設(shè)計的預(yù)期效果。設(shè)計了用表面微機械加工技術(shù)來制作OMAL開關(guān)的詳細(xì)工藝流程,并對制作過程中zui為關(guān)鍵的聚酰亞胺犧牲層工藝做了重點實驗研究,尋找到較為合適的溫度處理和腐蝕條件,得到良好的效果。對樣品進(jìn)行觀測和研究,尋找版圖和工藝中存在問題。從版圖、工藝、材料選擇來改進(jìn)設(shè)計,重點旨在降低OMAL開關(guān)的下拉電壓,提高OMAL開關(guān)的可靠性。改進(jìn)的方法包括電鍍橋墩,改進(jìn)橋梁的形狀,在信號線上和橋背面接觸的地方設(shè)計觸點,以期獲得較小的OMAL開關(guān)時間和減小接觸的粘附。流片得到的樣品zui后測試結(jié)果:OMAL開關(guān)下拉電壓約為28V;1-10GHz并聯(lián)式OMAL開關(guān)的插入損耗在0～0.5dB,隔離度為35～45dB,而串聯(lián)式OMAL開關(guān)的插入損耗0.5～1.5dB,隔離度在40～70dB。經(jīng)測試,MEMSOMAL開關(guān)壽命達(dá)70萬次。

通信MEMS射頻接觸式OMAL歐瑪爾開關(guān)研究
研究表明:前沿和延遲時間均隨激光能量,外加電壓的增加而減小;當(dāng)外加電壓小于50kV時,前沿小于10ns,抖動小于5ns,激光擊穿閾值約為4mJ(OMAL開關(guān)外部測量)。實驗結(jié)果與理論分析結(jié)果基本相符,誤差在可接受的范圍內(nèi)。 zui后,將該OMAL開關(guān)應(yīng)用到了疊層式傳輸線高壓脈沖發(fā)生器的研究上,由于實驗條件和時間的限制只進(jìn)行了初步研究,很多工作還需后續(xù)進(jìn)行。