Entwicklung von Wechselschaltern und Phasenschiebern im Ka- und W-Band basierend auf einer optimierten HF-MEMS-Technologie
Seiten
2011
|
1., Aufl.
Shaker (Verlag)
978-3-8322-9735-0 (ISBN)
Shaker (Verlag)
978-3-8322-9735-0 (ISBN)
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Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Optimierung von HF-MEMS-Mikrowellenschaltern im Bereich des W-Bandes (75-110 GHz) und beschreibt die neuen, dafür notwendigen Technologieschritte im Detail. Von zentraler Bedeutung bei diesen hohen Frequenzen ist die Minimierung der HF-Verluste durch eine gezielte Optimierung im Schalterelement sowie die geeignete Wahl des Substrats. Mit Hilfe der in dieser Arbeit beschriebenen und durchgeführten Entwicklungen wurden Schalter sowohl koplanar als auch in Mikrostreifenleitungstechnik hergestellt. Im Frequenzbereich von 50-100 GHz wurden in Mikrostreifenleitungstechnik eine quasi konstante Einfügedämpfung von -0,3 dB sowie bei 76,5 GHz eine Isolation von -17 dB erzielt. Für koplanare Serienschalter wurden bei 76,5 GHz mit -0,4 dB Einfügedämpfung und -13 dB Isolation ähnliche Werte erreicht. Ein hergestellter 4-Bit-HF-MEMS-Phasenschieber in Mikrostreifenleitungstechnik erreichte bei 76,5 GHz eine durchschnittliche Einfügedämpfung von nur -3,5 dB sowie eine Phasenstandardabweichung von 7°, womit Weltbestwerte erreicht werden konnten. Des Weiteren ist ein auf HF-MEMS basierender 1 auf 48 Wechselschalter (SP48T) im Ka-Band (26,5-40 GHz) beschrieben, der mit einer Einfügedämpfung von -10 dB bei 30 GHz bislang unerreichte Werte aufweist. Zusätzlich werden Möglichkeiten aufgezeigt, die eine Verringerung der Einfügedämpfung auf etwa -7 dB im Frequenzbereich von 20-40 GHz erlauben.
Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Charakterisierung der einzelnen HF-MEMS-Schalter in Bezug auf ihre Schaltzeit und Leistungsverträglichkeit gelegt. Hierbei konnte durch ein neuartiges Verfahren die Schaltzeit deutlich verkürzt werden, so dass Werte von 10 µs für das Schließen und 3-5 µs für das Öffnen erreicht wurden. Die Untersuchung der Leistungsverträglichkeit der HF-MEMS-Schalter zeigte, dass diese selbst mit einer kontinuierlich anliegenden HF-Leistung von 10 W ohne eine Veränderung der Schaltzeit, Einfügedämpfung und Isolation betrieben werden können und damit Weltbestwerte aufweisen.
Ebenfalls wurde der Einfluss einer eigens entwickelten Häusung für Schalter im Ka-Band ermittelt, bei der sich lediglich eine zusätzliche Einfügedämpfung von 0,1 dB zeigte. Ein prinzipieller Funktionsnachweis dieser Häusung wurde durch 8,8 x 105 realisierte Schaltzyklen in einem Zeitraum von 2 Stunden demonstriert.
Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Charakterisierung der einzelnen HF-MEMS-Schalter in Bezug auf ihre Schaltzeit und Leistungsverträglichkeit gelegt. Hierbei konnte durch ein neuartiges Verfahren die Schaltzeit deutlich verkürzt werden, so dass Werte von 10 µs für das Schließen und 3-5 µs für das Öffnen erreicht wurden. Die Untersuchung der Leistungsverträglichkeit der HF-MEMS-Schalter zeigte, dass diese selbst mit einer kontinuierlich anliegenden HF-Leistung von 10 W ohne eine Veränderung der Schaltzeit, Einfügedämpfung und Isolation betrieben werden können und damit Weltbestwerte aufweisen.
Ebenfalls wurde der Einfluss einer eigens entwickelten Häusung für Schalter im Ka-Band ermittelt, bei der sich lediglich eine zusätzliche Einfügedämpfung von 0,1 dB zeigte. Ein prinzipieller Funktionsnachweis dieser Häusung wurde durch 8,8 x 105 realisierte Schaltzyklen in einem Zeitraum von 2 Stunden demonstriert.
| Reihe/Serie | Aktuelle Berichte aus der Mikrosystemtechnik - Recent Developments in MEMS ; 14 |
|---|---|
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 339 g |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik |
| Schlagworte | HF-MEMS • Ka-Band • Phasenschieber • W-Band • Wechselschalter |
| ISBN-10 | 3-8322-9735-9 / 3832297359 |
| ISBN-13 | 978-3-8322-9735-0 / 9783832297350 |
| Zustand | Neuware |
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