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铜基空气微同轴传输线是由悬空的中心内导体、将其包围的接地外导体和周期性介质支撑结构组成。与传统的平面微带器件相比,基于微同轴工艺研制的毫米波器件具有宽频带、高隔离度、低损耗、高功率容量等特点,同时又保留了平面微带器件集成度高等优势。系统地研究了铜基空气微同轴结构及制备工艺,并利用该工艺制备了W波段微同轴传输线和功率合成器。样件测试结果显示,基于微同轴技术的射频器件在高频下表现出可以与波导结构制作的器件相比拟的插入损耗和合成效率,在110 GHz处实测的传输线插入损耗≤0.045 dB/mm,功率合成器的一级合成效率(即两路合成)大于92%。该测试结果证明了微同轴结构及工艺的有效性和可靠性。

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高频低损耗 功率合成器 毫米波(MMW) 射频微电子机械系统(RF MEMS) 微同轴

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铜基空气微同轴传输线是由悬空的中心内导体、将其包围的接地外导体和周期性介质支撑结构组成。与传统的平面微带器件相比,基于微同轴工艺研制的毫米波器件具有宽频带、高隔离度、低损耗、高功率容量等特点,同时又保留了平面微带器件集成度高等优势。系统地研究了铜基空气微同轴结构及制备工艺,并利用该工艺制备了W波段微同轴传输线和功率合成器。样件测试结果显示,基于微同轴技术的射频器件在高频下表现出可以与波导结构制作的器件相比拟的插入损耗和合成效率,在110 GHz处实测的传输线插入损耗≤0.045 dB/mm,功率合成器的一级合成效率(即两路合成)大于92%。该测试结果证明了微同轴结构及工艺的有效性和可靠性。

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高频低损耗 功率合成器 毫米波(MMW) 射频微电子机械系统(RF MEMS) 微同轴

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设计了一种紧凑的双极化超宽带MIMO天线.该天线由一个六边形的贴片组成,它具有结构紧凑、体积小的特点.在六边形的地板平面上接一个矩形垂直臂,实现了35%的3 dB轴比带宽以及两个端口之间的隔离.在矩形垂直臂中加入两个L型散热器,提高了隔离度,这种双极化的MIMO天线可以减少多径衰落的影响.测量结果表明:该天线在超宽带频带内保持良好的全向辐射特性,天线增益小于5 dBi,隔离比大于15 dB,包络相关系数(ECC)小于0.01,该天线可以应用于超宽带无线通信系统.

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MIMO天线 超宽带 高隔离度 极化 散热器 轴比

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本发明公开了一种基于电磁吸波体的高隔离度阵列天线，包括金属底板，金属底板上垂直设置有四个单元天线，四个单元天线相对于金属底板的中心呈对称分布，并依次旋转90°；金属底板上互相垂直的两条轴线上设置由电磁吸波墙组成的电磁吸波体单元；电磁吸波墙为双面结构，包括两层背靠背贴合的电磁吸波板，电磁吸波板的正面设置有等间距的多个微带结构，微带结构包括十字形微带贴片及其外侧设置的方环形微带线。该天线用于北斗卫星导航系统，通过电磁吸波体单元，吸收单元天线近厂区的空间电磁波，降低单元天线之间的空间波耦合，提高单元天线之间的隔离度。

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以MEMS 技术为基础的射频开关拥有低插入损耗、高隔离度、低功耗的独特优势。 特别是在5G 通讯时代即将到来，工作频段持续提升的时代背景下，射频MEMS 开关 的性能优势愈加凸显。本课题的目的是设计出性能优越的悬臂梁接触式射频MEMS 开 关，然后研发制备工艺流程和关键的触点制备工艺。 论文采用特征阻抗可控性更好的共面波导结构作为射频信号传输线。通过射频信 号的有限元仿真，提出了提升隔离度的悬臂梁以及触点的优化结构设计方案。首先， 采用缩减悬臂梁和输出端接触面积的方式来减小断开状态下，射频信号的耦合效应， 大幅度提升了隔离度。讨论悬臂梁、释放孔和触点的设计相关性对闭合状态下射频信 号传输质量的影响情况，确定了触点尺寸、释放孔布局和悬臂梁宽度设计范围。在静 电场和结构力学的多物理场有限元仿真中，通过对结构固有频率的分析和驱动电压的 仿真，获得了悬臂梁的最优长度设计参数。同时，经过进一步的驱动电压仿真，确定 了悬臂梁宽度的精确尺寸。通过应力分析和谐振分析确保器件可靠性。在获得了所有 芯片结构尺寸的精确设计参数的基础上，根据工艺加工能力制定了加工工艺流程，并 绘制光刻版图，进行加工生产。最后，为了提升触点性能，通过磁控溅射工艺，获得 了银单质为基体，氧化锡颗粒弥散分布的触点材料，确定了Ag-Sn-SnO 触点材料的加 工工艺参数，并进行了接触电阻性能测试，验证了方案的可行性。 得到的主要结论如下： 结合插入损耗和隔离度的HFSS 仿真，采用了触点结构有效地在保证插入损耗性 能的同时，大幅度提升了隔离度，并提出了优化系数的概念对射频MEMS 开关进行性 能综合评价，获得了插入损耗-0.0793 dB、隔离度-24.3 dB 的芯片设计方案；结合驱动 电压模拟和谐振频率模拟，明确了降低驱动电压的途径，并从谐振频率的角度进行驱 动电压优化，获得了固有频率达到10 kHz、驱动电压50 V 的射频MEMS 开关，对芯 片整体进行了应力验证，应力集中处5.46 MPa，远低于Au 的抗拉强度120 MPa，可靠 性良好；综合射频模拟和驱动电压模拟分析了释放孔的设计规律，发现扩大型释放孔 的设计方案，插入损耗损失6.18%，驱动电压激增30 V，不适合本论文设计方案；借 鉴继电器的触点材料研究成果，结合MEMS 加工工艺条件，首次提出了采用Ag-Sn-SnO 作为MEMS 开关触点材料的优化思路，并通过磁控溅射获得了接触电阻为0.66 Ω·μm-2 的试样，达到了Au 系触点材料同样的接触电阻水平。同时，获得了磁控溅射获得符合 继电器触点材料特征的MEMS 触点材料工艺参数，包括靶材功率、氧氩比、溅射温度、溅射时间等。

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MEMS 触点 工艺 开关 射频

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阵列天线由于具有高方向性、高通信容量、高抗干扰性等性能，被广泛应用于各种通信系统，如多输入多输出（MIMO）、导航系统、雷达系统等。而如今，这些系统向小型化、一体化的趋势发展，使得阵列天线集成在一个狭小的终端内。这要求系统中的天线尺寸与天线间距都需相应减小。一般情况下，较小的天线间距会使天线单元间产生较强的电磁耦合。天线间的互耦是影响通信系统性能的关键参数。因此，减小阵列天线单元之间的耦合，提高天线端口间的隔离度有利于提高小尺寸阵列天线通信系统的性能。本文主要的工作是研究了三种超材料结构提高阵列天线间的隔离度，具体研究内容包括： 首先，设计了一款宽频倒L探针馈电的微带天线，该天线在2.4GHz-2.85GHz频段内阻抗匹配特性良好。并设计了一款印刷缺陷墙结构，分析了印刷缺陷墙尺寸结构对其带隙性能的影响。以设计的天线为双天线系统的单元，将印刷缺陷墙结构加载于二元阵列中间抑制天线端口之间的耦合，提高隔离度。仿真结果表明，当天线的间距只有0.22个波长时，在天线工作频段内端口的隔离度具有明显的提升。 其次，设计了一种单馈的宽波束圆极化天线，以该天线为单元组成二元阵列。并设计了电谐振器结构，该结构具有负等效介电常数的特性。分析了其传输特性并对其进行了电磁反演，研究了其等效介电常数及磁导率特性。并将此结构加载于两个圆极化天线中间抑制天线之间的耦合。仿真结果表明，在天线的中心工作频点处，隔离度有18dB左右的提升，且对天线的匹配特性和辐射特性影响很小。对模型进行加工和实测，测试结果与仿真结果一致。 最后，设计了一款小型化单馈宽波束的圆极化天线，单元天线的尺寸为30mm×30mm×20mm（0.127 ×0.127 ×0.0847 ），3 dB轴比波束宽度达到180°。并组成了四元阵列。设计了一款超材料吸波体，加载于四个天线单元之间。仿真结果表明，加载超材料吸波体后，天线不同端口间隔离度在北斗B3频带内至少提升了8dB。提升隔离度的性能优于传统的金属板。对模型进行了加工实测，测试结果与仿真结果较好的吻合。

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超材料吸波体 电谐振器 隔离度 印刷缺陷墙 阵列天线

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设计了一种双极化的多输入多输出(MIMO)超宽带方环缝隙天线.该天线有4个天线单元,底层由2个方环微带馈电线构成,用于正交偏振.顶层由2个对称结构的方环构成,用于减少交叉极化.方环之间用矩形切口连接,以增加环缝之间的耦合.测量结果表明,该天线在3～12 GHz内隔离比大于22 dB,相关系数(ECC)在可以接受的范围内.该天线可以应用于MIMO超宽带通信系统中.

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MIMO 超宽带 缝隙天线 高隔离度 极化天线 微带馈电

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由于多输入多输出（MIMO）技术在不利用额外频谱资源的情况下可以增加无线系统信道容量，因此被应用的日加频繁。而如何在有限的空间内，实现多个天线的收发已经成为MIMO天线设计的难点。由于紧凑的天线端口之间必然会产生干扰，所以需要在天线阵列间加入一些隔离措施来降低天线间的耦合，提高天线端口间的隔离度。本文主要针对MIMO微带天线和提高MIMO微带天线隔离度的方法进行研究，具体工作如下： 首先，设计了一款倒L探针馈电的双极化MIMO微带天线，该天线在2.54 GHz-2.7 GHz的频带范围内有较好的匹配特性，并具有8.3 dB的增益。继而设计了三种不同结构的双层贴片谐振方法展开带宽的MIMO微带天线，其主要不同点在于寄生贴片不同的开槽方式，并对其进行仿真，对比分析了它们的阻抗特性、端口隔离度和交叉极化方向图特性，并进行了加工和实测。 然后，利用倒L探针馈电微带天线作为单元，沿-45°方向构建MIMO双天线系统。并设计了刻蚀螺旋缝隙的电磁带隙（Electromagnetic band gap，EBG）结构来抑制天线间端口间的耦合，提高隔离度。仿真果表明，当两天线的间距只有0.22个波长时，在2.3 GHz-2.7 GHz频段内的隔离度有很大改善，隔离度S13达到-23.5 dB以下，而S24、S23和S14都达到-27.5 dB以下。 接着，提出了一种通刻蚀狭缝缺陷地(Defected gound structure，DGS)结构来降低天线之间的耦合，设计的狭缝缺陷地结构水平加载于两天线之间，利用其带阻特性抑制天线间的耦合。天线单元仍采用倒L探针馈电的双极化MIMO微带天线，沿水平方向构建MIMO 双天线系统。仿真结果表明在2.3 GHz-2.9 GHz频段内，隔离度降低到-30 dB以下。 最后，提出了一款缺陷墙结构(Defected wall structure，DWS)来提高天线间的隔离度，其原理和缺陷地相似，利用带阻特性，降低阵列天线单元间的耦合。利用双层贴片的微带天线建立五元的窄间距天线阵系统，将缺陷墙垂直加载到天线单元之间。仿真结果表明，端口隔离度提升了平均10 dB ，且对端口的匹配特性和方向图影响都不大。对模型进行加工测试的结果和仿真趋势一致，满足课题的要求。

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EBG MIMO 隔离度 缺陷地 缺陷墙 微带天线

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提出一种紧凑型高隔离度多输入多输出超宽带天线，该天线由两个共面梯形辐射单元背靠背连接在一起构成，衬底材料的相对介电常数为4.4。在两个辐射单元之间放置高隔离金属条，确保天线具有高隔离度。该天线在整个超宽带频带上电压驻波比VSWR为2：1，隔离度高于20 dB，峰值增益为5.2 dBi，峰值有效率为90%，且包络相关性系数ECC (Envelope Correlation Coefficient)≤0.1641。

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MIMO 超宽带 分集特性 高隔离度 紧凑型 天线

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随着信息技术的快速发展，无线通信已经成为21世纪最为热门的技术之一。随着GPS、WLAN、WIMAX、WCDMA、UWB、3G、4G等无线通信系统的出现，极大刺激了微波滤波器技术的快速发展。为了通信系统能同时兼容多种通信制式，多通带滤波器技术已经成为近年来的研究热点。与此同时，对于滤波器的要求也越来越高，小型化、低损耗、高性能及低成本为主要发展方向。因此本文以现代无线通信为背景，针对阶跃阻抗谐振器(SIR)、枝节加载谐振器、地面缺陷阶梯阻抗谐振器(DSIR)等多种结构，设计了多款双通带及多通带滤波器、双工器。本文具体研究内容包括： 1.研究了传统广义切比雪夫带通滤波器的综合方法。详细分析了阶跃阻抗谐振器(SIR)的谐振特性，并绘制了相应的设计图，而且给出了带通滤波器的设计流程。最后提出了一种λ/4短路枝节加载阶梯阻抗谐振器的双通带滤波器的设计。仿真结果与综合方法结果一致，从而验证了此综合方法的正确性。实物测试结果与仿真结果吻合很好。 2.提出了一种六模枝节加载阶跃阻抗谐振器结构，采用奇偶模法详细地分析、研究了其谐振特性，绘制了相应的设计图。给出了多通带滤波器的设计流程，根据提出的谐振器，设计了三通带、四通带滤波器。采用折叠结构，引入了多个传输零点，使得该滤波器具有小型化和高带外抑制特点。 3.提出了一种基于地面缺陷阶梯阻抗谐振器(DSIR)结构，并研究分析了其谐振特性和耦合特性。提出了一种基于地面缺陷阶梯阻抗谐振器的新型双工器的拓扑结构，给出了设计流程，设计了一种双通道双工器。实物测试结果与仿真结果相吻合，误差较小，满足设计指标。此双工器具有小型化、高带外抑制、高隔离度、高自由度等优点。

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带通滤波器 地面缺陷阶梯阻抗谐振器(DSIR) 阶跃阻抗谐振器(SIR) 双工器

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