RF MEMS开关:了解它们的操作、优点和未来

RF MEMS开关是小的，微机械开关具有低功耗，并且可以使用常规MEMS制造技术生产。它们类似于房间中的光开关，其中打开或关闭接触以在开关上进行信号。在RF MEMS器件的情况下，开关的机械部件仅是尺寸的微米。与光开关不同，在RF MEMS开关中进行的信号处于射频范围。

射频开关可以使用许多不同的技术来完成。与RF MEMS开关竞争的RF开关主要有两种类型:机电RF开关和固态RF开关。固态开关使用半导体技术来操作，如硅或PIN二极管、场效应晶体管和混合技术(包括PIN和fet)，并使用硅基衬底建造。RF MEMS开关与不断改进的RF- soi(绝缘体上的硅)开关竞争，这是目前市场上的主导解决方案。

有许多类型的RF MEMS开关，并且可以使用不同的机制来致动（或翻转）。由于其低功耗和小尺寸，静电致动通常用于RF MEMS开关设计中。MEMS开关也可以使用惯性，电磁，电热或压电力打开或关闭。

一个典型的“悬臂梁”RF MEMS开关如图1所示。在这种结构中，固定的光束悬浮在衬底之上。当束流被压下时，束流上的电极接触基片上的电极，使开关进入“on”状态，电路完成。

最新一代的RF MEMS开关大多是基于电容的器件。电容式开关使用电容耦合工作，非常适合高频射频应用。在操作过程中，一个力被施加到一个悬挂的梁上，就像一座横跨衬底的桥。当光束被一个力(如静电力)拉下时，光束接触基片上的介电质，信号被终止。图2显示了“桥式”电容式开关的截面，图3显示了未变形状态下CoventorMP®电容式RF MEMS开关的3D模型。

RF MEMS开关的发展早在20年前就开始了，但当时的市场成功有限。早期商业化的主要障碍是可靠性。射频开关需要经受数十亿个开关周期的考验。要找到足够硬的材料来维持大量的开关周期，同时又足够软，在关闭时能保持良好的接触，这是一个挑战。RF MEMS开关(最显著的是其电极)需要一种基于机械材料复合层的制造技术。射频MEMS开关的可靠性受到这些复合材料中的电子和机械应力、温度依赖性以及对冲击和振动的敏感性的影响。

RF MEMS交换机和下一代电信系统和智能手机中的其他RF MEMS设备的需求增加。根据YoleDévelopecement的最近报告，RF MEMS器件的市场预计将增加2018年和2024年的大约100％。YOLE注意到，由于5G设备中的有源天线需要，5G通信的开发将增加对诸如RF MEMS BAW滤波器的基于MEMS的设备的需求。此外，RF MEMS振荡器将用于部署新的基站和连接到5G的边缘计算。

由于其机械特性，RF MEMS开关相对于现有技术有几个优势，包括闭合时电阻非常低，断开时电阻非常高。RF-MEMS开关具有体积小、功率要求低、开关时间快、信号损耗低、高离态隔离、电路级集成能力等优点。频率在数十GHz范围的RF-MEMS开关将广泛应用于未来的电信系统，如5G移动蜂窝通信，特别是随着新的制造工艺和材料变得更加容易获得。RF MEMS设备，包括RF MEMS开关，作为下一代5G和其他电信系统的一部分，将经历戏剧性的增长。

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参考：

1. Kurmendra博士;“射频微机电系统(MEMS)开关的研究进展”。微系统技术(2020)。
2. Cao，T .;胡，t .;赵，Y.，“MEMS交换机的研究现状和发展趋势：审查”。微动素2020,11,694。
3. Yole Développement，“MEMS行业现状2019”
4. https://www.globalspec.com/learnmore/telecommunications_networking/rf_microwave_wireless_components/rf_switches