Resumen --
En esta carta, El Desarrollo de una baja frecuencia de la Pérdida de radiofrecuencia (RF) microelectromecánicos (MEMS) 4-bit de XBanda desfasador monolítica se presenta. Estos circuitos microstrip se fabrican en 0,021 en la resistividad de grosor de silicio de alta y Basadas Están en una topología de la reflexión Mediante 3-Acopladores dB Lange. La pérdida de inserción de medios del circuito es de 1,4 dB con las Pérdidas de retorno >11 dB a 8 GHz. A lo mejor de nuestro conocimiento, esta es una Pérdida de más bajos reportados para X-banda desfasador y promete Reducir considerablemente el costo de diseño y construcción de matrices de fase. Índice de Términos -- De Baja Perdida, sistemas microelectromecánicos (MEMS), desfasadores, interruptores.
I. I
NTRODUCCIÓN LOW-PERDIDA radiofrecuencia (RF) microelectromecánicos (MEMS) interruptores han DEMOSTRADO por una serie de grupos de investigación [1] - [4]. El siguiente reto ha estado en el diseño y fabricación integrados monolíticos desfasadores que el uso de los interruptores de MEMS de RF. Mientras que los dispositivos RF MEMS han velocidad de conmutación inherentemente más lento que los transistores de GaAs o diodos PIN, los dispositivos de oferta y Disminuir La pérdida de resistencia y PERMITEN diseños más pequeños que la novela de oferta y solución práctica para las matrices Basadas en el espacio por etapas [5]. Una serie de Topologías Están a disposicion de cambio de fase. Conmutada diseños de línea y de línea cargada REQUIEREN longitudes de línea y distribución tienden un ser grandes en XLa Banda [5]. Otra forma de Conseguir cambio de fase es cambiando de paso bajo y paso alto elementos de filtro, que requiere de grandes Normalmente Inductores monolitico. Una topología de suplentes, y el Utilizado Para este diseño, es un variador de fase de reflexión. Es más pequeño, tiene una amplia respuesta de la banda y es muy Adecuado para cambiar la geometría de RF MEMS.
II. C
IRCUIT DISEÑO Para alcanzar nuestros objetivos, lo que Refleja topología Phase Shifter Fue elegido. Se utilizó la Construcción microstrip en 0.021-en-silicio de alta resistividad de espesor. Los conductores se Hicieron de 4 - Oro farfulló mthick. De Los interruptores sobre Tienen-Capacidad de 3 pF y fuera de la capacitancia Alrededor de 35 y ss. El tiempo de cambio es de 5 - s amplia. Cambiar Construcción y más detalles se describen en [3]. Los circuitos no REQUIEREN de corriente de reposo y por lo tanto se disipan muy poca energía. La topología de la reflexión requiere sólo interruptores de derivación, no se requiere de redes de adaptación, y Acopladores Utiliza Lange, resultando en un rendimiento de banda ultra-baja Pérdida de ancho.
Manuscrito recibido 22 de junio de 1999, revisado 13 de octubre 1999. Este trabajo Fue financiado por la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en VIRTUD de MAFET empuje III del Programa de Contrato N66001-96-C-8623. Los autores con el hijo de Raytheon Systems Company, Dallas, TX 75266 EE.UU.. Publisher Item Identifier S 1051-8207 (99) 10299-X. La topología de reflexión requiere la mitad de la longitud de la línea de transmisión de los tradicionales diseños de línea Conmutada para el desplazamiento de fase. Bits El circuito consta de dos secciones de reflexión 2-. Los 2 primeros bits sección está diseñada para cambiar los estados del tiempo: 0, 90, 180 y 270. El 2 de segunda sección poco cambia los estados corto: 0, 22,5, 45 y 67,5. Estas dos secciones se combinan para Producir un 4-desfasador poco de conmutación 0 a 337,5 en 22,5 pasos. El Funcionamiento del diseño es simple. La señal de RF se divide en el Acoplador de Lange, se propagan una Través unida y Puertos por la ONU directa 450 - m-línea de transmisión de ancho. La impedancia de la línea no tiene que ser 50. Mientras el reflejo visto por el Acoplador está Equilibrada de ambos puertos, las señales se suman en fase y no hay ninguna señal reflejada de nuevo a la entrada. La señal se propaga una Través de las líneas de retardo y se Refleja en un interruptor accionado o derivación de una línea en cortocircuito al final si se unactuated Todos los interruptores. Así, los interruptores, Durante el accionamiento, Proporcionar Cortos de RF. Si el corto se Refleja en los dos puertos es la misma, añadir las señales en fase y aparecera en la salida del Acoplador Lange. La referencia de fase, o 0, se Establece Cuando se accionan los dos primeros interruptores cortocircuito Las Líneas de retardo. A más largo 2-sección poco interruptores posterior Están separados por la línea de longitud equivalente a 45 por desplazamiento de fase a 10 GHz, por lo que la señal se propaga al 45 siguiente interruptor cortocircuitado, Refleja de la misma, Y así Proporciona un total de de 90 cambios de fase. En el caso de los más largos del Estado, EL CAMBIO ES NECESARIO Desde el final de la línea Puede Ser cortocircuitado DIRECTAMENTE Y al final Proporciona la base de RF. Así se OBTIENE el 270 por desplazamiento de fase Cuando todos los interruptores Están unactuated y la señal de RF se Refleja en el corto al final de la línea de transmisión. El enganche es el más crítico parte del diseño. La tolerancia de ancho de conductor y los espacios Deben ser para Controlados Dentro de unas pocas micras para su correcto Funcionamiento, de lo contrario las Pérdidas desajuste Importante y SE PUEDE Fácilmente llegar a 0,5 dB. Acopladores Son grandes Lange También es muy XEstablecer de banda y el ancho de las fichas. También son los elementos del circuito más perdidas, la medición de la Pérdida de inserción de 0.5 dB cada uno. Los interruptores Están en "la membrana caliente" de configuración, lo que significa que el voltaje se aplica a la membrana en lugar de a la línea de transmisión. Esto elimina la Posibilidad de Crear un canal de inversión en el sustrato de silicio, Que puede degradar sustancialmente las características de pérdidas de RF. RF Desde los interruptores REQUIEREN insignificante real, disociación DC-10 se Logra con-K-resistencias. A 10-pF bloqueo condensador Aísla el voltaje de control de interruptor de la conexión a tierra. Cuanto más corta 2-Funciones de la sección poco el mismo, excepto el cambio de fase entre las 11.25 y se cambia la línea de transmisión es de 130 m de ancho, la misma anchura que los electrodos de los interruptores. La señal viaja 11,25, corto RF ve, se Refleja 11,25, y por lo tanto los resultados en el 22,5 cambios de fase. El más largo del Estado de Nuevo no necesita cambiar, como la línea de transmisión en corto al final. Los fragmentos más pequeños son mas difíciles de Como conseguir los cambios de fase y conmutadores son pequeños tienden una acumularse. Un condensador de pequeñas series se coloco en el más largo del Estado más allá de todos los interruptores. Su Reactancia reducir el cambio de fase, Lo Que Nos Permite realizar fÃsicamente La Línea de más de 11,25 para las restricciones de diseño. Los conmutadores También a escala más pequeña para ALIVIAR acoplamiento parasitarias.
III. C
IRCUIT UnSAMBLEA Y RESULTADOS La fotografía en la figura. 2 muestra un 4 Reunidos fase Circuito Bit Shifter. El montaje del circuito requiere que todos los motivos para estar en condiciones de servidumbre en vías ya no están disponibles. Así, todas las líneas que REQUIEREN poner a tierra en los bordes de los chips. Los dispositivos se montan en chapa de oro placas portadoras Kovar conductora con epoxi. La guía de onda coplanar microstrip un hijo transiciones También montados con la resina hijo y soldadas à Cinta de La Entrada y salida para Facilitar la semi-automáticas de prueba. Como el espesor del sustrato es de 21 milésimas de pulgada, para Reducir la inductancia baja de los puentes de hasta 21 mils placa de soporte, pequeñas placas portadoras 20 milésimas de pulgada de espesor se colocan en las paredes de tierra de las fichas. Los bonos Resultantes hijo menos de 0.005 en de largo y no Causan problemas.
La medición de los circuitos se Realiza Mediante cascada Microtech Cumbre 10 000 Sonda de estación con un Analizador de Wiltron37369A rojo. Voltajes de control de 35-40 V estándar no se necesita ninguna de 15 pines de tarjetas de la sonda. La pérdida de inserción y de la Pérdida de retorno, y el rendimiento de fase de un circuito de 4-bit, respectivamente. La pérdida de inserción promedio Fue de 1,4 dB a 8 GHz, con una Pérdida de 1,7 dB de ancho de banda de más de 30%. La pérdida de retorno Fue dB para todos los 16 estados. La variabilidad de un chip Fue de 0,3 dB y un frecuencias más altas Fue cargado por la Pérdida de desajuste que ocurren DEBIDO a la variabilidad de la Asamblea. Fase de ejecución de 10 GHz Estaba Dentro de la Mitad del bit menos significativo, una Excepción de los 180 y 270 secciones, que Fueron un poco largo. El error de fase Fue ocasionada por la capacitancia parásita entre los puestos de conmutación y líneas de transmisión y Fácilmente Puede ser Fijado por el acortamiento de la longitud de línea. SE ESPERAN nuevas mejoras. Dado que los responsables Acopladores hijo de el aproximadamente 60% de Perdida Total, fuera de chip Acopladores Será diseñado sobre un sustrato de alúmina e integrados con los chips de silicio. Acopladores de alúmina se espera que la Pérdida de 0,2 dB menos que las construídas en el silicio. De Tecnología a Través de silicio También está llevando A Cabo para hacer el montaje más sencillo y para Reducir el tamaño del circuito.
Roberto Jesús Rojas
CI: 14908981
Asignatura: CRF
Fuente de información: www.math.cmu.edu.com
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