式MEMS移相器相 移量的偏差量，公式如下：
[0064] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn)：
[0065] 1.本發(fā)明基于機(jī)電耦合方法，建立了分布式MEMS移相器中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)MEMS橋高 度和電參數(shù)相移量之間親合關(guān)系的機(jī)電親合模型，可用于研究在分布式MEMS移相器內(nèi)部載 荷環(huán)境和外界載荷環(huán)境影響下所引起的MEMS橋高度偏移對相移量的影響，解決了目前不能 直接得到結(jié)構(gòu)參數(shù)和電參數(shù)的問題。
[0066] 2.利用分布式MEMS移相器機(jī)電耦合模型，可定量得到MEMS橋高度和相移量之間的 關(guān)系，快速給出合理的電容橋結(jié)構(gòu)公差精度，為工程設(shè)計(jì)人員提供分布式MEMS移相器結(jié)構(gòu) 公差。
【附圖說明】
[0067]圖1是本發(fā)明一種基于機(jī)電耦合的分布式MEMS移相器電容橋高度公差的確定方法 的流程圖；
[0068]圖2是分布式MEMS移相器"up"工作狀態(tài)下部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0069]圖3是分布式MEMS移相器"down"工作狀態(tài)下部分結(jié)構(gòu)不意圖；
[0070]圖4是分布式MEMS移相器剖面示意圖；
[0071]圖5是電容橋高度偏移量與分布式MEMS移相器相移量的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0072]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0073]參照圖1，本發(fā)明為一種基于機(jī)電耦合的分布式MEMS移相器電容橋高度公差的確 定方法，具體步驟如下：
[0074]步驟1，確定分布式MEMS移相器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電磁工作參數(shù)。
[0075]分布式MEMS移相器結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2所不，包括共面波導(dǎo)傳輸線、MEMS橋和介質(zhì)層的 長度、寬度、厚度，以及相鄰兩個(gè)橋的間距和MEMS橋距介質(zhì)層的高度;分布式MEMS移相器的 材料屬性，包括介質(zhì)層的相對介電常數(shù);分布式MEMS移相器的電磁工作參數(shù)，包括分布式 MEMS移相器的電磁工作頻率ω。
[0076]步驟2,確定分布式MEMS移相器的等效電路參數(shù)。
[0077] (2a)計(jì)算MEMS橋未加載時(shí)，傳輸線上單位長度的等效電容值Ct公式為：
[0079]式中，er為介質(zhì)層的相對介電常數(shù)，c為光速，Zo為傳輸線的特性阻抗；
[0080] (2b)計(jì)算MEMS橋未加載時(shí)，傳輸線上單位長度的等效電感值Lt公式為：
[0082]式中，Ct為傳輸線上單位長度的等效電容值，Zo為傳輸線的特性阻抗。
[0083] 步驟3，確定分布式MEMS移相器的位數(shù)k，根據(jù)位數(shù)確定分布式MEMS移相器的公差。
[0084] (3a)確定分布式MEMS移相器的位數(shù)k，計(jì)算分布式MEMS移相器的最小相移量：
[0086] 式中，k是式MEMS移相器的位數(shù)；
[0087] (3b)根據(jù)數(shù)字移相器的特性，即數(shù)字移相器正常工作情況下固有的最大量化誤 差，利用步驟(3a)所求的最小相移量，確定分布式MEMS移相器的相移量的公差α:
[0089]步驟4，確定分布式MEMS移相器的標(biāo)準(zhǔn)電容橋高度。
[0090] (4a)根據(jù)移相器的位數(shù)，確定分布式MEMS移相器每個(gè)電容橋的相移量Δ
[0091] (4b)利用分布式MEMS移相器每個(gè)電容橋相移量計(jì)算公式，得到電容橋在"up"工作 狀態(tài)下的電容值Cu，計(jì)算公式為：
[0093] 式中，s為相鄰MEMS橋間距值，ω為工作頻率，Ct為傳輸線上單位長度的等效電容 值，Lt為傳輸線上單位長度的等效電感值，Cu為"up"工作狀態(tài)下的電容值，Cd為"down"工作 狀態(tài)下的電容值；
[0094] (4c)利用步驟(4b)公式得到的電容橋在"up"工作狀態(tài)下的電容值，利用"up"工作 狀態(tài)的電容值與電容橋高的關(guān)系，得到電容橋高的標(biāo)準(zhǔn)值h，公式如下：
[0096]式中，w。為中心導(dǎo)體寬度，Wb為電容橋?qū)挾?，h為電容橋標(biāo)準(zhǔn)值，td為介質(zhì)層厚度，ε〇 為空氣的相對介電常數(shù)，^為介質(zhì)層的相對介電常數(shù)。
[0097]步驟5，給出初始電容橋高度的偏移量。
[0098]根據(jù)分布式MEMS移相器工作性能要求，相移量低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)對整個(gè)移相器的性能 影響巨大，相移量低于標(biāo)準(zhǔn)值是電容橋高度向下偏移造成的。
[0099] (5a)根據(jù)所述，確定電容橋高度向下偏移量公式如下：
[0101]式中，h為電容橋標(biāo)準(zhǔn)值，k為分布式MEMS移相器的位數(shù)；
[0102] (5c)根據(jù)步驟(5b)偏移量的計(jì)算公式，偏移量初始值按下式第一個(gè)取值，修改偏 移量高度時(shí)依次按照下式取值：
[0103] {l〇Ah，9Ah，· · ·，2Ah，Ah}〇
[0104]步驟6，計(jì)算單個(gè)電容橋產(chǎn)生的相移量。
[0105] (6a)電容橋產(chǎn)生偏移量后，將電容橋與傳輸線構(gòu)成的"up"工作狀態(tài)下的電容離散 化，由于離散化的電容是并聯(lián)關(guān)系，可用累加求和進(jìn)行求解，公式如下：
[0107]式中，w。為中心導(dǎo)體寬度，wb為電容橋?qū)挾?，h為電容橋距介質(zhì)層的高度，td為介質(zhì) 層厚度，為空氣的相對介電常數(shù)，k為介質(zhì)層的相對介電常數(shù)，Ah為電容橋高度的偏移 量，L為電容橋的長度，η為離散電容的個(gè)數(shù)；
[0108] (6b)電容橋產(chǎn)生偏移量后，電容橋與傳輸線構(gòu)成的"down"工作狀態(tài)下的電容計(jì)算 公式為：
[0110]式中，w。為中心導(dǎo)體寬度，Wb為電容橋?qū)挾?，td為介質(zhì)層厚度，ε〇為空氣的相對介電 常數(shù)，k為介質(zhì)層的相對介電常數(shù)；
[0111] (6C)利用步驟(6a)和步驟(6b)所求的兩種工作狀態(tài)下的電容值Cu和Cd，可得到單 個(gè)電容橋產(chǎn)生的相移量的計(jì)算公式：
[0113]式中，s為相鄰電容橋間距值、ω為工作頻率、Ct為傳輸線上單位長度的等效電容 值、U為傳輸線上單位長度的等效電感值。
[0114]步驟7，計(jì)算分布式MEMS移相器的相移量。
[0115] (7a)根據(jù)單個(gè)電容橋機(jī)電親合模型，分別計(jì)算分布式MEMS移相器中m個(gè)電容橋產(chǎn) 生的相移量ΔΦi' ；
[0116] (7b)將m個(gè)電容橋產(chǎn)生的相移量累加求和，得到整個(gè)分布式MEMS移相器的相移量 為：
[0118] 步驟8，計(jì)算分布式MEMS移相器的偏差量。
[0119] (8a)根據(jù)步驟(4a)每個(gè)電容橋標(biāo)準(zhǔn)的相移量，可以計(jì)算分布式MEMS移相器標(biāo)準(zhǔn)的 相移量，公式如下：
[0121] (8b)根據(jù)步驟(7b)電容橋產(chǎn)生偏移量后的分布式MEMS移相器的計(jì)算公式和步驟 (8a)電容橋未產(chǎn)生偏移量的分布式MEMS移相器的計(jì)算公式，可以得到分布式MEMS移相器相 移量的偏差量，公式如下：
[0123] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可通過以下仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明：
[0124] -、確定分布式MEMS移相器的參數(shù)
[0125] 本實(shí)施例中以作頻率為1GHZ、4個(gè)MEMS橋的分布式MEMS移相器為例。分布式MEMS移 相器的幾何模型參見圖2所示，分布式MEMS移相器的幾何模型參數(shù)如表1所示、材料屬性如 表2所示。
[0126] 表1分布式MEMS移相器的幾何模型參數(shù)

[0129] 表2分布式MEMS移相器的材料屬性
[0130]
[0131] 二、計(jì)算分布式MEMS移相器電容橋公差
[0132] 1.計(jì)算分布式MEMS移相器等效電路參數(shù)值
[0133] 1.1計(jì)算傳輸線上單位長度的等效電容值Ct如公式(1)所示：
[0135] 式中，是介質(zhì)層的相對介電常數(shù)，氮化硅的相對介電常數(shù)為7，C = 3Xl〇V/s為光 速Zo是傳輸線的特性阻抗為50;
[0136] 1.2通過單位長度的等效電容值，計(jì)算傳輸線上單位長度的等效電感值Lt，如公式 (2)：
[0137] Lt =CtZl (2)
[0138] 式中，Ct是傳輸線上單位長度的等效電容值，Zo是傳輸線的特性阻抗為50。
[0139] 2.計(jì)算分布式MEMS移相器相移量的公差
[0140] 2.1.以4位數(shù)分布式MEMS移相器為例，計(jì)算該分布式MEMS移相器的最小相移量：
[0142] 式中，4是式MEMS移相器的位數(shù)；
[0143] 2.2.確定分布式MEMS移相器的相移量的公差α:
[0145] 3.確定分布式MEMS移相器的標(biāo)準(zhǔn)電容橋高度
[0146] 3.1根據(jù)移相器的位數(shù)，確定分布式MEMS移相器每個(gè)電容橋的相移量Δφistd;
[0147] 3.2利用分布式MEMS移相器每個(gè)電容橋相移量計(jì)算公式，得到電容橋在"up"工作 狀態(tài)下的電容值Cu，計(jì)算公式為：
[0149] 3.3利用公式(5)得到的電容橋在"up"工作狀態(tài)下的電容值，利用"up"工作狀態(tài)的 電容值與電容橋高的關(guān)系，得到電容橋高的標(biāo)準(zhǔn)值h，公式如下：
[0151] 通過上述過程得到h是2.5um。
[0152] 4.給出初始電容橋高度的偏移量
[0153] 4.1確定電容橋高度向下偏移量公式如下：
[0155]式中，h取值2.5um，k是分布式MEMS移相器的位數(shù)取值為4,得到Ah= 0.15625um。 [0156] 4.2根據(jù)公式7計(jì)算偏移量的步進(jìn)值，確定偏移量初始值，具體按下式第一個(gè)取值， 修改偏移量高度時(shí)依次按照下式取值：
[0157] {l〇Ah，9Ah，· · ·，2Ah，Ah} (8)。