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MEMS开关与频率可重构天线的研究与设计

作　者: 曾昊骋
导　师: 夏建新
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: MEMS开关 频率可重构天线 微带缝隙天线 分形天线
分类号: TP211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 200次
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内容摘要


当前,无线通信系统中越来越多地使用微波/射频MEMS器件,MEMS器件已成为各国研究机构的研究热点,MEMS开关作为微波/射频通信系统中实现信号路由选择的重要器件,与传统的PIN和GaAS FET开关相比,MEMS开关具有插入损耗小,隔离度高,工作频段宽,直流功耗小,线性度好等优点。本文设计的一种MEMS串联接触式开关可以应用在0~10GHz频段,插入损耗小,隔离度高,具有优良的微波射频性能。近年来,频率可重构天线由于具有良好的前景,受到了极大的关注。频率可重构天线是一种利用微波/射频开关的路由选择功能,利用一种物理结构的天线切换成多种工作状态,实现频率的可重构,从而使一个天线具有多个工作频段。本文首先对微带矩形环缝隙天线进行了分析,设计出一种可通过控制MEMS开关的状态,可在1.90GHz和2.30GHz两个中心频率间切换的可重构天线,并对该天线结构的可重构做出了分析。然后,对微带贴片缝隙天线进行了分析和研究,分析了各个主要参数对天线工作频段和性能的影响,最终设计出通过3个MEMS开关控制的单缝隙微带贴片可重构天线和通过10个MEMS开关控制的多缝隙微带贴片可重构天线,分别可工作在多个频段,具有良好的微波射频性能;其中,多缝隙的微带贴片可重构天线可以工作在1.51GHz ~2.48 GHz频段,大大地增加了天线的带宽,其中2.36 GHz ~2.48 GHz频段覆盖了ISM频段(2.4GHz为各国共同的ISM频段);此天线可通过软件编程实现对开关组合状态的控制,从而实现对天线工作频段的控制,实现灵活的频率可重构。接着,针对MEMS开关的实际尺寸对天线的尺寸进行了优化设计,并最终得出一种结合MEMS开关的天线结构,性能与之前设计的天线几乎相同。最后,对一种新型的可重构天线形式—分形天线进行了分析和设计,并利用软件仿真进行了验证,最后对分形天线的可重构进行了分析。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 引言  10-17
  1.1 论文的研究背景  10
  1.2 MEMS 开关的发展现状  10-12
  1.3 频率可重构天线的发展现状  12-15
  1.4 研究方法及内容  15-17
第二章 MEMS 开关的分析与设计  17-31
  2.1 MEMS 开关的介绍  17-20
    2.1.1 MEMS 开关的优缺点  18-20
    2.1.2 MEMS 开关的类型  20
    2.1.3 MEMS 开关的应用  20
  2.2 MEMS 开关的结构与原理  20-22
    2.2.1 MEMS 开关的基本结构  20-21
    2.2.2 MEMS 开关的力学模型分析  21-22
    2.2.3 MEMS 开关的电磁模型分析  22
  2.3 MEMS 开关的主要参数  22-25
    2.3.1 MEMS 开关的下拉电压  22-23
    2.3.2 MEMS 开关的损耗  23-24
    2.3.3 MEMS 开关的隔离度  24-25
  2.4 MEMS 串联电阻接触式开关的设计  25-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章 环形缝隙可重构天线的分析与设计  31-40
  3.1 微带矩形环缝隙天线的原理  31-32
  3.2 微带矩形环缝隙天线简单模型设计  32-35
  3.3 微带矩形环缝隙可重构天线设计  35-38
  3.4 微带矩形环缝隙的可重构分析  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 频率可重构微带天线的分析和设计  40-58
  4.1 概述  40
  4.2 频率可重构微带天线的原理分析  40-46
    4.2.1 微带贴片天线的简单模型  41-43
    4.2.2 具有可控缝隙的微带贴片天线的分析  43-46
  4.3 单缝隙的微带贴片可重构天线的设计  46-50
  4.4 多缝隙的微带贴片可重构天线的设计  50-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章 结合MEMS 开关的可重构天线优化设计  58-67
  5.1 单缝隙的微带贴片可重构天线的优化设计  58-62
    5.1.1 加载MEMS 处的缝隙宽度的减小  58-60
    5.1.2 MEMS 开关加载位置和数量的选择  60
    5.1.3 MEMS 开关不同组合状态的天线性能  60-62
    5.1.4 优化前后的天线参数对比  62
  5.2 多缝隙的微带贴片可重构天线的优化设计  62-66
    5.2.1 加载MEMS 处的缝隙宽度的减小  62-63
    5.2.2 MEMS 开关加载位置和数量的选择  63
    5.2.3 MEMS 开关不同组合状态的天线性能  63-65
    5.2.4 优化前后的天线参数对比  65-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章 分形天线的分析与设计  67-77
  6.1 分形在天线领域的应用  67-69
  6.2 一种分形天线的原型  69-71
  6.3 天线的分形迭代  71-75
  6.5 本章小结  75-77
第七章 结论  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
攻硕期间取得的成果  84-85

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 一般自动化元件、部件 > 机电元件、部件
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