基于共振隧穿二极管的微机械陀螺设计

介绍了一种基于介观压阻效应的新型电磁式微机械陀螺,并对陀螺进行了结构设计。该结构采用电磁驱动方式,实现了工作电压小、驱动力大、行程大的要求;采用共振隧穿二极管(RTD)所具有的介观压阻效应检测方式,本质上提高了陀螺的灵敏度。用ANSYS软件对结构进行了模态分析和路径分析,确定了结构的固有频率和RTD放置位置。结合目前工艺要求,对该陀螺进行了工艺设计并实现了结构加工。     

一种雪花型MEMS单刀五掷开关的研究与设计

针对MEMS单刀多掷(SPMT)开关插入损耗及隔离度较差的问题,设计了一种基于雪花型功分器的单刀五掷(SP5T)MEMS开关,通过雪花型功分器实现信号的均衡分配和低损耗传输。通过设计H形上电极结构,有效减小开关弱接触,增强开关接触稳定性,实现信号的高隔离。采用HFSS仿真软件,对开关的插入损耗、隔离、驱动电压和应力分布进行了设计,并结合COMSOL软件对开关进行了机械性能分析。结果表明,在1~20 GHz频段内,五个端口插入损耗在0.2 dB@20 GHz以下,隔离度在23 dB @20 GHz以上,驱动电压为24 V。这些指标均优于常规SPMT开关。该SP5T MEMS开关可应用于多任务、多通道可调谐器件中,在无线通信、微波测试系统中具有应用价值。     

基于RF MEMS开关的交指型可切换带通滤波器设计

为了有效解决信号/频谱分析仪等微波测试仪器尺寸较大、信号损耗高、选通切换效率差等问题,将射频MEMS开关引入交指型可切换滤波器结构中。通过MEMS四掷开关选择具有不同中心频率的交指型谐振器,实现在6~14 GHz内四个频率的射频信号切换过滤。利用HFSS电磁波仿真软件对滤波结构的几何参数进行优化计算,得到四个可切换频率的插入损耗,分别为1.26 dB@6.86 GHz、1.03 dB@9.16 GHz、1.23dB@11.78 GHz、1.07 dB@12.26 GHz,整体面积约为7.95 mm³。与其他可切换滤波器相比,该可切换滤波器将MEMS四掷开关与交指型谐振器集成到一起,具有低插损、小尺寸、高集成度等优点。     

一种基于π型氮化钽薄膜电阻的MEMS衰减器

针对传统衰减器体积大、反应时间长、可靠性差等问题,提出了一种基于氮化钽薄膜电阻的MEMS衰减器。根据π型衰减网路理论计算得到各个电阻的阻值,并计算各个电阻的仿真尺寸。利用HFSS 15.0电磁波仿真软件对衰减器结构进行仿真计算并优化。通过修改磁控溅射参数制备稳定的氮化钽薄膜电阻,在此基础上制作MEMS衰减器。采用矢量网络分析仪和探针台进行衰减器射频性能测试。测试结果表明,在0.1~20 GHz频率范围内,衰减器的回波损耗大于12.4 dB,插入损耗小于2.1 dB,衰减精度小于5 dB。衰减器整体尺寸为2.2 mm×1.2 mm×1 mm。     

隧道磁阻微陀螺结构设计与加工

微机械陀螺的核心技术是微弱柯氏力的检测,而常规的微弱柯氏力检测水平已达到极限.本文设计了一款新颖的基于隧道磁阻效应检测的面内微陀螺结构,利用隧道磁阻效应的高灵敏特性来实现微弱柯氏力的高灵敏检测.阐述了隧道磁阻微陀螺的工作原理,分析了微陀螺的动力学方程,完成了微陀螺结构设计、工艺加工及测试.测试结果表明:微陀螺驱动方向和检测方向谐振频率分别为6 853Hz和6 854Hz,与理论仿真基本一致;微陀螺驱动方向Q值为571.1,检测方向Q值为527.3,结构灵敏度为15.3nm/°/s.     

一种三频带微带带通滤波器的设计

为了满足射频前端系统对滤波器的小型化、多频带、高集成度等性能的需求,设计并制作了一种三频带微带带通滤波器,它是由多个弯折型谐振器串联而成,可在DC～4.5GHz的工作频段内实现三频带带通滤波的功能,整体结构尺寸为40mm×15mm.利用有限元仿真软件HFSS建立三维结构模型,通过参数扫描获得带通滤波器最佳性能指标,并利用矢量网络分析仪进行测试.测试结果表明,该滤波器的三个中心频率分别为2.23,2.83,4.05GHz,插入损耗为0.91dB@4.05GHz,带外抑制为45.64dB@1.18GHz.该微带带通滤波器性能良好,测试结果与仿真结果基本一致.     

基于微小型稳定平台的MEMS陀螺信号调理电路设计与测试

为提高MEMS陀螺的使用精度,本文基于微小型稳定平台应用背景设计了高精度MEMS陀螺信号调理电路,实验表明该电路提升了陀螺仪的使用精度。本文设计的调理电路采用高速24位Δ-Σ型A/D转换电路和高精度差分放大器对陀螺信号进行处理。基于MEMS陀螺仪搭建了两轴陀螺组件,并将两轴陀螺组件安装于高精度三轴转台,进行测试。采集MEMS陀螺模拟输出和数字输出数据,分别进行Allan方差分析。结果表明：该调理电路使X轴MEMS陀螺零偏不稳定性指标提升13.63%,Y 轴MEMS陀螺零偏不稳定性指标提升19.347%。     

基于Kalman滤波器的MEMS陀螺随机误差分析与建模补偿

MEMS陀螺随机漂移是影响MEMS惯性导航精度的主要原因。为提高MEMS陀螺使用精度,本文通过时间序列分析方法,建立MEMS陀螺角速率信号ARMA模型,进而利用线性KF(Kalman Filter)滤波方法处理陀螺角速率信号。本文通过搭建MEMS陀螺组件,进行三轴精密转台实验,将得采存陀螺信号进行KF滤波处理。利用Allan方差分析滤波前后MEMS陀螺角速率信号,结果表明陀螺仪零偏不稳定性经KF滤波后提升18.7%。     

共振隧穿微陀螺仪哥氏效应仿真及理论验证

介绍了微机械陀螺和共振隧穿效应器件的工作原理,提出了基于共振隧穿效应的微机械陀螺仪结构.利用ANSYS软件仿真分析了输入角速度、角加速度及驱动速度对哥氏效应的影响.对微陀螺仪的检测结构进行了理论建模,详细分析了输入角速度、哥氏力、检测梁正应力三者间的关系,并推导出检测梁正应力的理论计算关系式.经数据分析验证了计算结果与仿真结果是一致的,说明基于ANSYS软件的仿真分析方法是可行的,能够用于共振隧穿微陀螺仪的结构设计中.     

L~Ka波段MEMS单刀七掷开关的设计与研究

针对目前MEMS单刀七掷开关体积大、插入损耗及隔离度较差的问题,设计了一种基于“米”字型功分器的单刀七掷MEMS开关,通过HFSS软件对射频MEMS开关单元和“米”字型功分器进行设计,对开关的S参数、驻波比进行了仿真研究,并采用COMSOL软件对射频MEMS开关单元进行机械性能分析。结果表明,在1~40 GHz频段内,单刀七掷MEMS开关各个端口的插入损耗≤0.45 dB@40 GHz,隔离度≥29.5 dB@40 GHz,驻波比≤1.45,且体积仅有0.65 mm×0.5 mm×0.5 mm。此设计可与滤波器、衰减电阻、天线等集成,应用于多通道可调谐MEMS器件中,在卫星通信、雷达、和微波测试领域中具有一定的应用价值。