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Abstract

This paper addresses the design and modeling of millimeter wave tunable filters using CoPlanar Waveguide (CPW) quarter wavelength stubs and MEMS (Micro-Electro- Mechanical-Systems) switches. In order to design bandstop and bandpass tunable MEMS filters an accurate design methodology based on the transmission line theory is presented. The tunable behavior is achieved using original MEMS switches: Two Cantilever Shunt Switch (TCSS). The overall structures, including TCSS, have been manufactured using dielectric membrane, in order to minimize the insertion losses. The obtained simulation and experimental results confirm the accuracy of the proposed design methodology and indicates very good performances in millimeter wave band.

Abstract

This paper addresses the design and the realization of tunable bandstop filters using MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) technology for millimeter wave applications. In order to design bandstop tunable MEMS filters, three new topologies are presented. The presented measurement and simulation results validate the proposed topologies. The tunable behavior is achieved using MEMS switches. These switches, based on original topology of Two Cantilever Shunt Switch (TCSS), have a typical shunt switch behavior and intrinsic low actuation voltage. The overall structures, including TCSS, have been manufactured using dielectric membrane, in order to minimize the insertion losses.

Abstract

Capacitive RF MEMS switches demonstrate that it is difficult to obtain a perfect capacitive contact for a low actuation voltage. Architectures of MEMS switches with resistive contact are then developed. The objective is to minimize the contact resistance to obtain the best RF performances while keeping a low actuation voltage. First set of results have shown that good RF performances, with contact resistance lower than 1.3O, can be obtained with a 30V actuation voltage and with a 6µm gap height. With cantilever height around 1.5µm it will be then possible to obtain enough contact force with 6V applied voltage.

Mots-Clés / Keywords

Abstract

The design and realisation of original millimetre-wave tunable bandstop filters using MEMS (micro-electro-mechanical-systems) technology for millimetre-wave applications is presented. The tunable behaviour is achieved by using MEMS switches. The overall structures, including the MEMS switches, have been manufactured using dielectric membrane in order to minimise the dielectric losses. Experimental validations are reported and validate the proposed topology: the bandstop frequency is shifted by approximately 3.5 GHz in V-band when the switches are actuated.

Résumé

Les capteurs de pression silicium ont largement participé, depuis de nombreuses années, à la diffusion des microtechnologies et restent un des microsystèmes les plus vendus dans le monde. L'apparition depuis une dizaine d'années de circuits radio-fréquence (RF) performants en silicium et de microsystèmes RF permet d'envisager aujourd'hui l'intégration des capteurs dans les circuits RF. Cette intégration a l'avantage de présenter des capteurs sans fils dans lesquels l'information est véhiculée par un signal électromagnétique mais permet également d'obtenir l'alimentation sans fil du capteur. Un autre point intéressant concerne l'utilisation des micro-ondes comme transduction pour le capteur. En effet, les capteurs utilisent classiquement: (1) l'effet piézorésistif, ou (2) une variation de capacité basse fréquence ou encore (3) la variation d'une fréquence de résonance. L'utilisation originale des micro-ondes permet d'envisager de nouveaux modes de transductions directement compatibles avec la propagation de l'information par voie électromagnétique. Les points forts d'une telle cellule se résument en une bonne sensibilité à la variation de pression, la possibilité d'une alimentation sans-fil et l'économie d'une grande partie du système de traitement du signal. Cette communication présente une cellule de mesure de la pression et plus particulièrement le type de transduction Radio Fréquence utilisé.