[发明专利]基于热环境与桥材料属性的X频段MEMS移相器性能预测方法

说明书

本发明公开了一种基于热环境与桥材料属性的X频段MEMS移相器性能预测方法，包括确定X频段MEMS移相器的结构参数、材料属性和电磁工作参数；建立结构‑热变形仿真模型并热仿真，仿真提取MEMS桥的温度；测试热环境下MEMS桥材料对应的弹性模量值，并函数拟合；计算得到MEMS移相器下拉电压，使得MEMS桥高度产生误差；根据误差利用MEMS桥机电耦合模型计算MEMS桥的相移量；计算MEMS移相器的相移量；预测当前热环境与材料属性下MEMS移相器的相移量。本方法可以直接分析热环境与桥材料属性对移相器的影响，利用环境温度直接对MEMS移相器相移量定量预测，指导设计与优化，改善工作环境下移相器性能的稳健性。

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，具体是基于热环境与桥材料属性的X频段MEMS移相器性能预测方法。可以直接分析热环境与桥材料属性对移相器的影响，利用环境温度直接对MEMS移相器相移量进行定量预测，从而指导MEMS移相器的设计与优化，改善工作环境下移相器性能的稳健性。

背景技术

随着RF MEMS(Micro-electromechanical Systems)技术的发展，MEMS移相器，因其小型化、损耗低、成本低、性能好等优势，已广泛应用于各种雷达和卫星导航等领域中。其中MEMS移相器相对于其他形式的MEMS移相器工艺制造更容易、体积更小、性能更好，并被誉为“最有吸引力的器件之一”，因此成为国内外学者研究的热点。

MEMS移相器利用“R-L-C”网络实现移相功能。“R-L-C”网络由若干个“R-L-C”(移相)单元按照一定规则组成，每个“R-L-C”单元只能完成有限的移相。而“R-L-C”移相单元是以机械的物理结构形式出现的。要完成整个移相器移相的功能，需要大量的机械结构单元，随着机械结构单元数目阶跃性的增长，各种副作用也会随之产生，其中一个主要的问题是MEMS移相器所处热环境变化会引起MEMS桥温度变化，从而改变MEMS桥材料属性，导致下拉电压不变的情况下，MEMS桥高度存在误差，最终影响移相器性能。为了解决这个问题，方便工程应用，需要提前预估环境温度对MEMS移相器性能的影响，人们从不同角度开展研究，主要通过优化设计MEMS移相器的方法减少移相器误差，主要有两种方法：1.从机械角度对MEMS移相器进行研究，此研究方法只能对MEMS移相器的结构进行改进，不能考虑到电参数是否满足要求；2.从电路角度对MEMS移相器进行研究，此研究方法脱离物理结构，不能准确预测不同环境温度下移相器性能。

因此，有必要基于热环境考虑MEMS桥材料属性变化导致MEMS移相器移相性能的变化，直接分析热环境与桥材料属性对移相器相移量的影响，根据热环境与桥材料属性直接对MEMS移相器相移量进行定量预测，指导MEMS移相器的设计与优化，为MEMS移相器性能预测提供了全新的研究方法。

发明内容

基于上述问题，本发明建立的MEMS移相器结构参数MEMS桥高度和相移量之间的机电耦合模型，可以实现MEMS移相器结构参数和电参数耦合分析，可用于直接分析结构参数对移相器相移量的影响，指导MEMS移相器的结构设计与优化。

实现本发明目的的技术解决方案是，基于热环境与桥材料属性的X频段MEMS移相器性能预测方法，该方法包括下述步骤：

基于热环境与桥材料属性的X频段MEMS移相器性能预测方法，包括下述步骤：

(1)确定X频段MEMS移相器的结构参数、材料属性和电磁工作参数；

(2)建立MEMS移相器结构-热变形仿真模型；

(3)对MEMS移相器进行热仿真、底板加热源仿真，并提取MEMS桥的温度；

(4)提取在实验测试工作热环境下MEMS桥材料对应的弹性模量值，再转换为弹性系数与环境温度的关系，并进行函数拟合；