طراحی و شبیه‌سازی یک سوئیچ خازنیِ موازیِ rf mems با ولتاژ تحریک کم، تلفات پایین و ایزولاسیون بالا

بطورکلی سوئیچ های rf mems از نظر نوع اتصال شامل دو دسته سوئیچ های خازنی و فلز-به-فلز می شوند. سوئیچ های خازنی rf mems بدلیل توانایی انتقال سیگنال با فرکانس بیشتر و توان بیشتر، سوئیچ های بهتری نسبت به سوئیچ های فلز-به-فلز محسوب می شوند. این مقاله یک سوئیچ rf mems خازنیِ موازیِ معلق را با ولتاژ تحریک پایین، نسبت خازنی بالا، زمان سوئیچینگ خوب و ایزولاسیون بالا ارائه می دهد. در این سوئیچ از پلِ آلومنیومی بدلیل داشتن مدول یانگ بالا و چگالی پایین استفاده شده است که به کاهش زمان سوئیچینگ کمک می کند. همچنین آلومنیوم رسانایی الکتریکی خوبی دارد که منجر به افزایش ایزولاسیون می شود. سوئیچ ارائه شده بر روی یک خط cpw با امپدانس 50 اُهم طراحی شده است و از zro2 به عنوان لایه دی الکتریک استفاده شده است. روی سطح پل، 24 حفره قرار داده شده است که منجر به کاهش ضریب دَمپینگ و افزایش سرعت سوئیچینگ می شود. ولتاژ تحریک برای این سوئیچ برابر 5.7 ولت است و نسبت خازنی 231 می باشد. تجزیه و تحلیل فرکانس رادیویی با استفاده از نرم افزار hfss انجام شده است. نتایج بدست آمده، ایزولاسیون 27- دسی بل، تلفات ورودی0.2- دسی بل و تلفات بازگشتی 22- دسی بل در فرکانس 17 گیگاهرتز را نشان می دهد. همچنین زمان سوئیچینگ 32 میکروثانیه بدست آمده است.

design and simulation of a rf mems shunt capacitive switch with low actuation voltage, low loss and high isolation

according to contact type, rf mems switches are generally classified into two categories: capacitive switches and metal-to-metal ones. the capacitive switches are capable to tolerate a higher frequency range and more power than m-to-m switches. this paper presents a cantilever shunt capacitive rf mems switch with characteristics such as low trigger voltage, high capacitive ratio, short switching time and high isolation. in this switch, aluminum bridge is used because of its high young’s modulus and low density which help reduction of switching time. also aluminum has a good electrical conductivity which increases isolation. the proposed switch is designed on a coplanar waveguide line (cpw) with impedance of 50ω. also,  is used as dielectric layer. 24 holes have been placed on the bridge surface to reduce the squeeze film damping and to increase the switching speed. actuation voltage is 5.2v and capacitive ratio (cr) is 231. rf analysis is done in hfss software. the results show the isolation level as -27db, insertion loss as -0.2db and return loss as -22db at 17ghz. also, the switching time is 32us.