[发明专利]一种基于柔性基板弯曲条件下的RF MEMS静电驱动开关微波特性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于柔性基板弯曲条件下的RF MEMS静电驱动开关微波特性分析方法，主要包括两个步骤：其一是建立基于RF MEMS静电驱动开关与柔性基板双变形的形变耦合模型，实现RF MEMS静电驱动开关与柔性基板之间关键结构参数变化量的提取。其二是基于RF MEMS静电驱动开关弯曲特性模型，获得RF MEMS静电驱动开关/基板双变形的形变量。通过以上参数为基础，重建RF MEMS静电驱动开关微波特性模型，分析弯曲变形对RF MEMS静电驱动开关微波特性的影响。本发明提供了一种基于复杂环境空间，包含RF MEMS静电驱动开关与柔性基板双变形模型的RF MEMS静电驱动开关微波特性分析方法。

技术领域

本发明涉及一种力学分析方法，特别涉及一种基于柔性基板弯曲条件下的RFMEMS静电驱动开关微波特性分析方法。

背景技术

在当今信息化发展的浪潮中，柔性电子器件以其独特的可弯曲延展性及其高效、低成本的制造工艺，在国防、信息、医疗、能源等领域具有非常广阔的应用前景。柔性电子器件作为新一代半导体器件的热门发展方向，是建立在可弯曲/延展基板上的新兴电子技术，其将主动/被动的有机/无机电子器件制作在柔性基板上，既具有传统刚性电子系统的性能，也具有拉伸、扭曲、折叠这种独特的特性，因此在对复杂环境空间应用的保形、小型化、轻量化、智能化等方面具有无可比拟的重要性和优势。MEMS(微机电系统)柔性器件作为柔性电子器件的重要分支，其保形、高性能、小体积、智能化的传感器/执行器成为当今柔性电子系统中必不可少的组成部分，特别是RF MEMS(射频微机电系统)柔性器件，由于其在机载/星载雷达和物联网通信系统中的广泛应用前景，使得各种RF MEMS柔性执行器/传感器成为了近年来的研究热点。作为RF MEMS柔性器件，其首要特性无非是具备独特的可弯曲性，这也是相关柔性器件发展的应用基础和研究动力，因此RF MEMS柔性器件弯曲特性是最需要研究的科学问题。目前无论是基于硅基的还是基于各类柔性基板的RF MEMS柔性器件，其主要的研究内容和目的还都处于器件设计、制备和非弯曲条件下的性能测试阶段，RFMEMS柔性器件的弯曲特性建模和实验表征验证的研究目前还处于空白。然而，不管从科学研究角度还是工程应用层面，都迫切需要建立起基于柔性基板的RF MEMS器件的弯曲特性模型，以推动RF MEMS柔性器件的深入研究和开发应用。

发明内容

发明目的：为了填补国内外对RF MEMS静电驱动开关弯曲特性模型的研究空白，本发明提供了一种基于复杂环境空间，包含RF MEMS静电驱动开关与柔性基板双变形模型的RF MEMS静电驱动开关微波特性分析方法。

技术方案：本发明提供了一种基于柔性基板弯曲条件下的RF MEMS静电驱动开关微波特性分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

其一，对于RF MEMS静电驱动双端固支梁开关：

步骤1：建立基于RF MEMS静电驱动开关与柔性基板双变形的形变耦合模型，假设双端固支梁梁长为L，梁厚为t，梁的杨氏模量为E，泊松比为n，当双端固支梁结构存在较大的残余压应力P，残余压应力大于发生屈曲的临界应力时，双端固支梁结构会向上(或者向下)发生屈曲，屈曲模态的形状为：

其中双端固支梁中心点的最大位移大小为h：

进一步，假设双端固支梁膜桥到基板初始间距为g，柔性基板弯曲曲率半径为R，柔性基板弯曲后对应的圆心角为α，可得：

进一步，柔性基板弯曲后膜桥到基板间距变化量为：

步骤2：柔性基板弯曲后，共面波导信号线和地线将不在一个平面，其阻抗将发生变化。假设共面波导信号线宽度为S，信号线到地线之间距离为W，柔性基板弯曲曲率半径为R，此时共面波导特性阻抗为：