RF MEMS开关是具有低功耗的小型微机械开关，并且可以使用传统MEMS制造技术来生产。它们类似于房间里的电灯开关，打开或关闭触点以在开关上传导信号。在RF MEMS器件的情况下，开关的机械部件的尺寸仅为微米。与光开关不同，RF MEMS开关中传导的信号在射频范围内。

射频开关技术

可以使用多种不同的技术来实现RF切换。与RF MEMS开关竞争的RF开关主要有两种类型：机电式RF开关和固态RF开关。固态开关使用半导体技术进行操作，如硅或PIN二极管、FET（场效应晶体管）和混合技术（包括PIN和FET），并使用硅基衬底构建。RF MEMS开关与不断改进的基于RF-SOI（绝缘体上硅）的开关竞争，后者是当今市场上的主导解决方案。

有许多类型的RF MEMS开关，它们可以使用不同的机制来致动（或翻转）。静电驱动由于其低功耗和小尺寸，通常用于RF MEMS开关设计。MEMS开关也可以使用惯性力、电磁力、电热力或压电力来打开或关闭。

典型的“悬臂梁”RF MEMS开关如图1和图2所示。在这种配置中，固定梁悬挂在基板上。当梁被压下时，梁上的电极与基板上的电极接触，使开关处于“接通”状态，从而完成电路。

电容式MEMS RF开关

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，一个力被施加到像横跨衬底的桥一样悬挂的梁上。当光束被力（如静电力）拉下时，光束接触基板上的电介质，信号终止。“桥式”电容式开关的横截面如图3所示，电容式RF MEMS开关的CoventorMP®3D模型处于未变形状态，如图4所示。

射频微机电系统商业化

RF MEMS开关的开发始于20多年前，但当时市场的成功有限。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次的开关周期。寻找足够硬以维持大量开关循环，同时又足够软以在闭合时形成良好接触的材料一直是一项挑战。RF MEMS开关（最值得注意的是，它们的电极）需要基于机械材料复合层的制造技术。RF MEMS开关的可靠性受到这些复合材料中的电应力和机械应力以及温度依赖性和对冲击和振动的敏感性的影响。

在下一代电信系统和智能手机中，对RF MEMS开关和其他RF MEMS设备的需求不断增加。Yole Dévelopment最近的一份报告显示，2018年至2024年间，RF MEMS设备的市场预计将增长约100%。Yole指出，由于5G设备中需要有源天线，5G通信的发展将增加对RF MEMS BAW滤波器等基于MEMS的设备的需求。此外，RF MEMS振荡器将用于部署与5G相关的新基站和边缘计算。

结论

由于其机械特性，RF MEMS开关与现有技术相比具有几个优点，包括闭合时电阻非常低，打开时电阻非常高。RF-MEMS开关具有体积小、功率要求低、开关时间快、信号损耗低、关断状态隔离度高、电路规模集成能力强等优点。频率在几十GHz范围内的RF-MEMS开关将广泛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。作为下一代5G和其他电信系统的一部分，包括RF MEMS开关在内的RF MEMS设备将经历急剧增长。

References:

1. Kurmendra, Dr; Kumar, R., “A review on RF micro-electro-mechanical-systems (MEMS) switch for radio frequency applications”. Microsystem Technology (2020).

2. Cao, T.; Hu, T.; Zhao, Y., “Research Status and Development Trend of MEMS Switches: A Review”. Micromachines 2020, 11, 694.

3. Yole Développement, “Status of the MEMS Industry 2019”

4. https://www.globalspec.com/learnmore/telecommunications_networking/rf_microwave_wireless_components/rf_switches