[發明專利]基于熱環境與橋材料屬性的X頻段MEMS移相器性能預測方法

有效

• 申請號: 201810967724.1
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN109145448B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 王從思;應康;劉菁;李申;王志海;王璐;嚴粵飛;劉英想;鐘劍鋒;王偉;宋立偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種基于熱環境與橋材料屬性的X頻段MEMS移相器性能預測方法，包括確定X頻段MEMS移相器的結構參數、材料屬性和電磁工作參數；建立結構?熱變形仿真模型并熱仿真，仿真提取MEMS橋的溫度；測試熱環境下MEMS橋材料對應的彈性模量值，并函數擬合；計算得到MEMS移相器下拉電壓，使得MEMS橋高度產生誤差；根據誤差利用MEMS橋機電耦合模型計算MEMS橋的相移量；計算MEMS移相器的相移量；預測當前熱環境與材料屬性下MEMS移相器的相移量。本方法可以直接分析熱環境與橋材料屬性對移相器的影響，利用環境溫度直接對MEMS移相器相移量定量預測，指導設計與優化，改善工作環境下移相器性能的穩健性。

技術領域

本發明屬于微波器件技術領域，具體是基于熱環境與橋材料屬性的X頻段MEMS移相器性能預測方法。可以直接分析熱環境與橋材料屬性對移相器的影響，利用環境溫度直接對MEMS移相器相移量進行定量預測，從而指導MEMS移相器的設計與優化，改善工作環境下移相器性能的穩健性。

背景技術

隨著RF MEMS(Micro-electromechanical Systems)技術的發展，MEMS移相器，因其小型化、損耗低、成本低、性能好等優勢，已廣泛應用于各種雷達和衛星導航等領域中。其中MEMS移相器相對于其他形式的MEMS移相器工藝制造更容易、體積更小、性能更好，并被譽為“最有吸引力的器件之一”，因此成為國內外學者研究的熱點。

MEMS移相器利用“R-L-C”網絡實現移相功能。“R-L-C”網絡由若干個“R-L-C”(移相)單元按照一定規則組成，每個“R-L-C”單元只能完成有限的移相。而“R-L-C”移相單元是以機械的物理結構形式出現的。要完成整個移相器移相的功能，需要大量的機械結構單元，隨著機械結構單元數目階躍性的增長，各種副作用也會隨之產生，其中一個主要的問題是MEMS移相器所處熱環境變化會引起MEMS橋溫度變化，從而改變MEMS橋材料屬性，導致下拉電壓不變的情況下，MEMS橋高度存在誤差，最終影響移相器性能。為了解決這個問題，方便工程應用，需要提前預估環境溫度對MEMS移相器性能的影響，人們從不同角度開展研究，主要通過優化設計MEMS移相器的方法減少移相器誤差，主要有兩種方法：1.從機械角度對MEMS移相器進行研究，此研究方法只能對MEMS移相器的結構進行改進，不能考慮到電參數是否滿足要求；2.從電路角度對MEMS移相器進行研究，此研究方法脫離物理結構，不能準確預測不同環境溫度下移相器性能。

因此，有必要基于熱環境考慮MEMS橋材料屬性變化導致MEMS移相器移相性能的變化，直接分析熱環境與橋材料屬性對移相器相移量的影響，根據熱環境與橋材料屬性直接對MEMS移相器相移量進行定量預測，指導MEMS移相器的設計與優化，為MEMS移相器性能預測提供了全新的研究方法。

發明內容

基于上述問題，本發明建立的MEMS移相器結構參數MEMS橋高度和相移量之間的機電耦合模型，可以實現MEMS移相器結構參數和電參數耦合分析，可用于直接分析結構參數對移相器相移量的影響，指導MEMS移相器的結構設計與優化。

實現本發明目的的技術解決方案是，基于熱環境與橋材料屬性的X頻段MEMS移相器性能預測方法，該方法包括下述步驟：

基于熱環境與橋材料屬性的X頻段MEMS移相器性能預測方法，包括下述步驟：

(1)確定X頻段MEMS移相器的結構參數、材料屬性和電磁工作參數；

(2)建立MEMS移相器結構-熱變形仿真模型；

(3)對MEMS移相器進行熱仿真、底板加熱源仿真，并提取MEMS橋的溫度；

(4)提取在實驗測試工作熱環境下MEMS橋材料對應的彈性模量值，再轉換為彈性系數與環境溫度的關系，并進行函數擬合；