K型单刀四掷射频MEMS开关设计*

王姗姗，吴倩楠, 李 强，韩路路, 李孟委

(1.中北大学 前沿交叉科学研究院, 山西 太原 030051； 2. 中北大学 仪器与电子学院, 山西 太原 030051；3. 中北大学 理学院, 山西 太原 030051)

0 引 言

随着卫星通信系统、相控阵雷达的小型化发展，缩小射频器件尺寸成为了研究的主要目标。微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)，其在射频频段内的应用称为射频MEMS，具有结构尺寸小、易于与集成电路结合、应用频段范围宽等优点。在未来通信系统中，随着对器件尺寸要求越来越苛刻，使得射频MEMS器件具有很大的潜力来取代传统器件。射频MEMS开关作为射频MEMS器件中的核心器件之一，具有控制射频信号通断的功能，同时也具有应用频率高、体积小、功耗低、线性度好、集成度高等优点，长期以来，一直作为重点研究方向[1]。目前，对于单刀单掷开关的研究已经趋于成熟，但对于空间通信系统需要大量的有序开关矩阵，难以满足多端口、可调谐的通信需求。因此，射频MEMS单刀多掷开关来代替多个单掷开关矩阵，实现小型化、低成本、低功耗的射频通信系统成为了必然的研究趋势。

2008年,清华大学刘泽文老师团队研究了3.58 mm×2.74 mm×0.4 mm的“H”型单刀四掷开关[2]，在DC至3 GHz时，插入损耗<0.46 dB，隔离度>69.2 dB。2010年,意大利佩鲁贾大学Casini F等人[3]提出四种单刀四掷开关的设计方案，在DC至6 GHz时，插入损耗<1.25 dB，隔离度> 35 dB。同年,印度理工大学的Roy S C等人[4]提出了一种“干”字型单刀四掷开关，在DC至8 GHz时，插入损耗<0.238 dB，隔离度>53 dB。2018年,印度理工大学Dey S等人[5]提出了一种用于移相器的单刀四掷开关，在DC至35 GHz时，插入损耗<1.3 dB，隔离度>17.6 dB，驱动电压高达112 V。

针对目前单刀多掷开关存在的尺寸大、频率范围小、插入损耗较大等问题，提出了一种适用于L～Ku波段通信小体积的“K”型单刀四掷开关。……