BST-MEMS移相器开关

为了提高MEMS电容开关性能,介绍了移相器的一种新型结构——分布式电容周期性加载结构。分析发现移相器的相移度和单元可变电容的变化率有关。目前MEMS可变电容单元采用的介质基本上是氮化硅。BST薄膜作为一种性质优良的介电材料,其介电常数远大于氮化硅。从MEMS移相器开关性能的几个关键指标出发,探讨在MEMS移相器开关中,用BST薄膜代替氮化硅介质的可能性。     

钛酸锶钡(BST)铁电移相器材料的研究现状

钛酸锶钡(BST)材料被普遍认为是最有前途的铁电移相器材料。BST作为铁电移相器材料的研究已有多年,到目前为止取得了不少突破性的进展。综述了国内外研究人员在BST体材、厚膜以及薄膜方面所做的工作及获得的一些成果。     

BST薄膜铁电移相器研究进展

钛酸锶钡(BST)薄膜因其具有高的介电调谐量,相对低的损耗tgδ和快的开关速度,在微波移相器的应用中显示出巨大优势。介绍了改善BST薄膜的介电性能的有效方法,衬底材料的选择,以及BST薄膜铁电移相器的结构类型和研究进展。     

宽带双周期性BST电容加载共面波导移相器

提出了一种双周期性BST电容加载共面波导传输线的移相器结构。基于这种结构设计制作的铁电薄膜移相器较好地解决了整个电路的阻抗匹配问题,其反射损耗的波纹在较宽的工作频带内趋于同一幅度。在沉积有钛酸锶钡(BST)薄膜的氧化镁基片上设计并制作了一个宽带双周期性BST叉指电容加载共面波导移相器,测试结果显示该移相器的反射损耗在0~15GHz内保持在–15dB,其中在14.5GHz处,在30V的外加偏压下其移相能力可达35o。     

基于铁电薄膜材料的反射式移相器设计

本文提出了一种基于正交耦合器和BST可调电容器的反射式移相器的设计.BST材料的介电常数随偏置电压所提供的不同的静电场而发生变化.因此,通过控制外部电压,可以连续地获得有效的变化介电常数和移相器的反射相位.利用PLD技术实现了0.3μm厚的BST薄膜,并采用微加工和氧化铝衬底组成的可调谐电容来测试其微波性能.通过将耦合...     

BST铁电薄膜压控微波器件

作为一种典型的钙钛矿结构铁电体,BST具有极强的非线性介电性质,其介电常数随外加直流偏压变化,同时BST薄膜易于与微带共面波导等电路集成,能有效减小电路体积,因此可广泛应用于压控变容器、滤波器、移相器、振荡器等微波器件中。该类器件调谐速度极快,损耗低,工作频带宽,功率承载能力强,可调性好。介绍了BST薄膜的非线性介电性质与其在微波应用中的国外研究现状。     

BST移相器的优化设计算法

近年来,人们在微波应用领域对BST移相器进行了很多研究。本文对BST铁电移相器电路进行了等效分析,就电路中重要部分-BST电容加载的方法进行研究,创新地提出了BST电容非周期性加载的设计思路。用M atlab编程实现并论证这种设计思路。使用这种优化方法设计出的非周期性加载移相器各项指标均优于周期性加载移相器,现已申请专利(专利号:200510028313.9)。     

钛酸锶钡热释电薄膜及其非制冷红外探测器研究

开展了钛酸锶钡(BST)热释电薄膜材料制备工艺研究,及其在单元器件和焦平面器件中的应用研究.在删Pt/Ti/SiO2/Si衬底上,用倒筒靶射频溅射方法制备了BST热释电薄膜.通过低温缓冲层技术和调控自偏压的方法,降低了BST薄膜的生长温度,提高了BST薄膜的c轴取向度和耐压特性,解决了薄膜制备的均匀性和一致性问题,使薄膜热释电系数达到6.7×10-7Ccm-2K-1.利用微细加工的方法,制备出全集成的BST薄膜单元红外探测器,抗过载能力强,探测器达到8×107cmHz1/2W-1,可以满足"灵巧弹药"的使用要求.实验表明,制备BST热释电薄膜的工艺不会对新型的耐高温读出电路造成破坏,为研制高性能的BST薄膜型焦平面探测器奠定了基础.     

BST薄膜非线性特性及机理研究

钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3,简称BST)薄膜具有非线性强、漏电流小、居里温度可调等特点,因而在介质移相器、压控滤波器等方面有着广泛的应用前景。笔者对BaxSr1-xTiO3(x=0.45~0.90)系列陶瓷的晶体结构和介电性能、膜厚均匀性控制、BST薄膜的微结构(包括组成、晶体结构和电畴等)和介电非线性尺度效应、铁电薄膜介电非线性模型、薄膜型介质移相器的设计和制作等重要问题进行了研究,取得了以下研究结果:通过研究靶基中心不重合的磁控溅射系统,建立了平面磁控溅射膜厚分布的数学模型,提出了采用T=∫Ld(x,y)ds=∫0td(ξ(t),ψ(t))ξ'2(t)+ψ'2(t)dt来描述靶基中心不重合的平面磁控溅射的膜厚分布情况。在靶基距为72mm、公自转转速比为5.3的条件下,采用自行设计的射频磁控溅射设备和φ100mm靶材制备的BST薄膜膜厚均匀性偏差为2.8%。采用压电力显微镜(PFM)研究了BST薄膜中电畴的类型和尺寸。不仅证实BST薄膜中存在90°铁电畴,而且确定了BST薄膜由多畴转变为单畴结构的晶粒临界尺寸(单畴临界尺寸)为31nm左右。通过研究BST薄膜的介电非线性尺度效应,发现晶粒尺寸和膜厚对薄膜的介电非线性具有重要的作用。随着晶粒尺寸和膜厚的增加,BST薄膜的介电系数、介电系数变化率都逐渐增大。晶粒尺寸对单畴态薄膜的介电系数电压变化率和矫顽场强影响特别显著,而对多畴态薄膜的介电系数电压变化率和矫顽场强影响不明显。在上述实验研究的基础上,对铁电材料的介电非线性机理进行了研究。首先,从简单、实用的角度出发写出表征P(E)和ε(E)非线性的数学多项式,根据介电偏压特性曲线和电滞回线的特征值和连续性原理,给出边界条件和初始条件,解出表达式中的各项系数,从而建立了铁电晶体的介电非线性模型。然后,采用理想的晶粒–晶界几何模型,画出铁电陶瓷材料的等效电路,引入晶粒和晶界的大小,从而建立了铁电陶瓷的介电非线性模型。再采用理想二极管等效界面势垒,得到薄膜型平板电容器等效电路,引入膜厚和界面厚度两个尺度变量,从而建立了铁电薄膜的介电非线性模型。最后,利用文献的数据和曲线对模型进行了验证,模拟得到的曲线与实验得到的曲线变化趋势基本一致,表明该模型可以较好地解释铁电材料(包括陶瓷和薄膜)的介电非线性特性及其随晶粒大小、膜厚和界面厚度等尺度变化的规律。对薄膜型介质移相器的设计、制作和测试进行了研究。采用ADS和HFSS软件进行仿真,设计出了分布式电容负载型铁电薄膜介质移相器的电路结构和各部分的尺寸;采用改进的剥离工艺,制作出了电极线条整齐的铁电薄膜介质移相器;采用矢量网络分析仪,在频率为35GHz、控制电压为40V条件下,测得介质移相器的移相度为180°,插损为9.7dB。     

梯度多层BST薄膜介电性能研究

成分梯度多层钛酸锶钡薄膜具有较好的综合介电性能,包括适中的介电常数、高的介电调谐率、低的介质损耗及低的介电温度系数等,日益成为微波调制器件如移相器、滤波器、谐振器等的重要候选薄膜材料。就国内外近年来取得的重要成果进行了综述,对今后成分梯度多层BST薄膜的研究前景及方向进行了展望。     

Double ridged waveguide phase shifters for broadband applications

The author presents an electromagnetic mode matching analysis of dual ridged waveguide phase shifters. The waveguide is loaded with a high dielectric material between the ridges, and the troughs are filled with ferrite toroids. The present structure offers nearly twice the bandwidth and less variation in nonreciprocity versus frequency as compared to the conventional dual toroidal phase shifter. An optimum design that maximizes nonreciprocity has been found. Effects of the dielectric constant and the trough dimensions are also presented. A differential phase shift of more than 100°/cm has been predicted for the new phase shifter     

薄壁钛合金Reggia-Spencer移相器的结构实现

Reggia-Spencer移相器是最早用于相控阵雷达的铁氧体移相器,属于矩形波导互易移相器,在早期的应用中结构较为笨重。文中选择质量轻、强度高又耐腐蚀的钛合金作为波导材料,并与采用铝合金和钛合金合成的波导结构相比,结果证明全钛合金薄壁式波导结构更加满足机载移相器小型轻巧的设计要求,达到了此类移相器目前最优结构设计方法。     

Design and performance of a new digital phase shifter at X-band

A new digital phase shifter design at X-band is presented. The phase shifter operates based on converting a microstrip line to a rectangular waveguide and thus achieving the phase shift by changing the wave propagation constant through the medium. As a proof of principle, a 3-b phase shifter has been designed and constructed using PIN diode switches. An average insertion loss of 1.95 dB and phase shift error of less than 4/spl deg/ at 10.6 GHz are achieved.     

同轴波导传输系统中螺钉移相器的设计

本文介绍同轴波导传输系统中螺钉移相器的设计，并给出一个设计实例。实验证明.理论设计与实测结果基本吻合。这种形式的移相器在国内尚未看到过工程上的应用。     

一种新型铁电体移相器

介绍了一种用于相控阵雷达的新型铁电体移相器，利用有限元方法对铁电体材料加载波导移相器进行了分析，给出了计算结果。最后讨论了铁电体移相器设计中几个值得关注的重要问题。     

Development of a millimeter-wave ferrite-filled antisymmetrically biased rectangular waveguide phase shifter embedded in low-temperature cofired ceramic

The theory of a new ferrite-filled rectangular waveguide phase shifter is presented, showing that the device offers more than twice the maximum phase shift of a classical dual-slab ferrite-loaded waveguide phase shifter. The complete analytical field derivation of the new phase shifter is presented. The prototype 36-GHz phase shifter has been completely embedded in an uncharacterized experimental low-temperature cofired ferrite ceramic material, essentially becoming an integral part of a chip package. The fabricated prototype is only 3.5-cm long, 5-mm wide, and 1-mm high. Preliminary measurements of the nonoptimized prototype reveal a controllable, nonreciprocal phase shift of 52.8/spl deg/ at 36 GHz for a bias current of 500 mA, and an insertion loss of approximately 3.6 dB, including transition loss. This paper marks the first time that a ferrite waveguide phase shifter has been realized as a lightweight, compact, and rugged module that can be easily mass produced at low cost. Since it is embedded in a package, the phase shifter can be readily integrated with other active and passive system components that would ideally be contained within the same package.     

Design considerations for integrated CMOS reflective-type phase shifters

An analysis of reflective-type phase shifters with transformed single-resonant loads for integrated CMOS phased-array implementations is presented. Several components of the standard lumped-element coupler can be eliminated without significant performance degradation, to allow more compact implementations. It is found that the varactor should be chosen as small as feasible to minimize sensitivity to parasitic resistance. Larger varactors reduce sensitivity to parasitic capacitance, but this can be compensated for in the phase shifter design. A general design procedure for reflective-type phase shifters is given. A phase shifter operating at 2.0 GHz has been designed and implemented in a 0.18 μm CMOS process using the design procedures outlined, and it occupies an area of 0.75 mm² and consumes 6.8 mW of power. The measured phase shift range is 308° for a control voltage varying from 0–1.8 V, which to our knowledge is the largest phase shift range of any CMOS reflective-type phase shifter reported to date.     

普通单膜光纤声光频率偏移装置的研究

本文介绍为实现全光纤功能型传感系统而研制的一种新颖光纤偏频装置。分析了此装置的设计理论和设计方法,在实验基础上给出了实验研究结果,并确定了某些重要设计参数。     

Novel tunable waveguide backshort for millimeter and submillimeterwavelengths

A new tunable waveguide backshort with low loss and reliable performance has been designed. Based on a fixed short and dielectric phase shifter, it has a simple structure which is easy to design and fabricate. These properties make it a sound alternative for millimeter- and submillimeter-wave applications. A W-band (75-110 GHz) backshort has been designed and tested showing excellent performance with a return loss of less than 0.21 dB     

KA波段模拟移相器的仿真设计

利用ADS2009仿真并设计了一种KA波段模拟移相器,其工作频段为19.6~21.2 GHz,工作带宽为1.6 GHz。在设计中采用skyworks公司的SMV2019变容二极管,以砷化镓陶瓷基片作为基板,金属金作为微带线的导体材料,并在设计中采用馈电分支线耦合器电桥模式,最终设计出一款最大移相能力为105.226°的连续可调的压控模拟移相器。