發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 16:12

　　 衰減器是常見的微波元器件,其主要功能是實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的電平幅度控制,通過功率衰減實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)電平的步進(jìn)衰減,重點(diǎn)應(yīng)用在微波頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號(hào)發(fā)生器、功率計(jì)等微波測(cè)試儀器之中。由于射頻MEMS開關(guān)擁有較好的線性度、優(yōu)越的射頻性能和極小的功率損耗,因此研究基于MEMS開關(guān)的衰減器可以滿足現(xiàn)代微波測(cè)試系統(tǒng)小型化、高性能、低功耗的要求。氮化鉭(TaN)電阻在寬頻帶內(nèi)具有良好的阻值穩(wěn)定性。本論文通過對(duì)MEMS開關(guān)和TaN電阻進(jìn)行一體化研究設(shè)計(jì),針對(duì)器件的微波性能、制造工藝展開了研究,設(shè)計(jì)并制造了一款基于MEMS開關(guān)3比特步進(jìn)衰減器。論文首先對(duì)衰減器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),隨后對(duì)射頻MEMS開關(guān)、衰減電阻網(wǎng)絡(luò)、功分器、直接轉(zhuǎn)角分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化。設(shè)計(jì)了一款基于共面波導(dǎo)的直板狀射頻MEMS開關(guān)、喇叭式功分器結(jié)構(gòu)、以及π形衰減電阻網(wǎng)絡(luò);最后通過HFSS仿真軟件對(duì)衰減器整體的微波性能進(jìn)行模擬驗(yàn)證,在DC~18GHz頻段內(nèi),衰減精度優(yōu)于±1.2dB,插入損耗小于1.32dB,駐波比優(yōu)于1.56這些指標(biāo)均優(yōu)于目前常用的RF MEMS衰減器。論文對(duì)射頻MEMS衰減器的加工工藝進(jìn)行研究。對(duì)TaN薄膜電阻制備工藝、電鍍金工藝、聚酰亞胺犧牲層工藝進(jìn)行了重點(diǎn)研究。TaN薄膜電阻制備工藝中著重研究了功率和分壓比對(duì)薄膜電阻的影響。犧牲層工藝中主要研究了犧牲層高平整旋涂方法,有效的提升了衰減器的成品率,電鍍Au工藝制作的共面波導(dǎo)以及開關(guān)上電極擁有較高的平整度。最后還對(duì)射頻MEMS器件的晶圓級(jí)封裝進(jìn)行了研究。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH703
【部分圖文】：

圖 1.1 DC~40GHz 衰減器芯片Amir Effendy等人于2011年設(shè)計(jì)并制造了一減器的主要微波傳輸結(jié)構(gòu)為共面波導(dǎo)氧化鋁基板。圖 1.2 DC~67GHz π 型 5dB 衰減器的托木斯克國(guó)立大學(xué)的 Nikolay N. Voronin 定衰減器[12]，如圖 1.3 所示。該系列衰減器波信號(hào)，其固定衰減值分別為 3dB、6dB、

班牙坎塔布里亞大學(xué)的 Juan L. Cano 團(tuán)隊(duì)研究并制作了一款基0dB 固定衰減器[10]，如圖 1.1 所示。該芯片使用了溫度穩(wěn)定的氮率的晶體石英作為基板材料以及內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其工其插入損耗在工作頻帶內(nèi)為 19.9 dB±0.65 dB，回波損耗均優(yōu)于圖 1.1 DC~40GHz 衰減器芯片驗(yàn)室的Amir Effendy等人于2011年設(shè)計(jì)并制造了一款5dB固定衰示。該衰減器的主要微波傳輸結(jié)構(gòu)為共面波導(dǎo)，工作頻率范其襯底為氧化鋁基板。

圖 1.3 基于 GaAs 的一系列固定衰減器特單片衰減器研究現(xiàn)狀紀(jì)以來國(guó)內(nèi)外都開始進(jìn)行了基于有源開關(guān)的單片步進(jìn)衰減器的研究格我們可以看出基于傳統(tǒng)的 PIN 開關(guān)、FET 開關(guān)制成的單片衰減器、回波損耗較低、體積較大并且衰減平坦度較低。而且 2013 年后對(duì)的研究鮮有報(bào)道。針對(duì)以上問題國(guó)外研究團(tuán)隊(duì)嘗試將射頻 MEMS 開步進(jìn)衰減器中。表 1.2 基于傳統(tǒng)開關(guān)的衰減器研究總結(jié)究機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)描述 性能描述 時(shí)t technologies&D[14]基于 GaAs FET 開關(guān) 工作頻帶 DC~6GHz 20
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本文編號(hào)：2893266