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微波MEMS共平面分形可重构带通滤波技术研究

刘蕾  
【摘要】: 近年来由于微波、毫米波波段的多频段、宽带无线通信系统的迫切需要,微波和毫米波频率范围内的MEMS可重构滤波器取得了较大发展,并且在多标准的接收机中,可重构滤波器能够显著地减少多频带应用中的模拟式前端子系统的尺寸,并可动态地抑制大干扰信号,因此MEMS可重构滤波器将成为新一代无线通信系统,如高可调谐、低成本和低功耗的无线和卫星通信网络以及雷达、可调谐导航位置识别系统、灵巧武器自导装置的智能RF前端的重要组成部份。 本论文在广泛调研的基础上,简要介绍了可重构滤波器的研究现状,并且应用分形自相似理论、CPW传输线周期性结构和MEMS多触点开关设计出了一种微波波段共平面分形可重构带通滤波器。首先结合微波传输线理论从CPW传输线带通滤波单元结构入手,研究了其滤波特性和分形自相似的原理,然后通过加载MEMS开关改变传输线结构来达到频率可调的目的。详细介绍了带通滤波器结构设计、电磁场仿真、版图设计,并在多次工艺流片的基础上,得出一套比较完整的MEMS通用工艺流程,对得到的实验样品进行分析,最后分析测试结果。 本论文研究取得的结果如下: [1]在慢波周期性结构和分形自相似理论的基础上,提出了一种共平面波导传输线带通滤波单元结构,并通过仿真结果和测试结果证明该单元结构具有良好的滤波特性。 [2]研究了尺寸大、加工工艺难度大的MEMS接触式多触点开关,设计制备出来的MEMS开关具有良好的隔离度和传输特性,其尺寸为610×160(μm×μm),下拉电压为25V,当开关与信号线接触时测得的接触电阻为2欧姆,金桥的开关寿命约为10~5次,并且总结了一套比较完整的通用的MEMS硅表面加工工艺流程。 [3]研究带通滤波单元结构,提取出了带通滤波单元集总参数等效电路,从理论上分析了影响带通滤波性能的主要因素,为以后进一步的设计和研究打下了基础。 [4]利用CPW传输线带通滤波单元结构和MEMS开关构成了可重构带通滤波结构。通过施加激励触发开关来重构传输线,改变传输线的结构和尺寸,使其能够按照需求来实现不同频段之间的转换。实验结果表明:重构前后滤波器的中心频率分别为40 GHz和16 GHz,可切换的频率之比近似为3:1,与仿真结果基本吻合。


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