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Estudio de metodologías de diseño y fabricación de interruptores y capacitores MEMS de RF y microondas
Design and fabrication methodologies study of RF and microwave MEMS switches and capacitors
Julio César Heredia Vega
José Luis Medina Monroy
Acceso Abierto
Atribución
Enfoque diferencia-algebraíco,Sistemas no lineales con retardos,Cálculo simbólico
En este trabajo de tesis se presentan las metodologías utilizadas para el diseño de capacitores e interruptores MEMS de RF, así como las técnicas de fabricación de los mismos. Se presenta además la metodología de caracterización de interruptores MEMS de RF.  Los dispositivos MEMS (sistemas microelectromecánicos por sus siglas en inglés) han tenido un amplio desarrollo en los últimos años, y debido a sus excelentes características, siendo la principal de ellas la miniaturización, se han empleado en diversos campos como en la medicina, la industria automotriz, hardware de computadora, entre otros.  En el ámbito de la radiofrecuencia y microondas, son dos los dispositivos que han sobresalido: los interruptores y los capacitores sintonizables.  En este trabajo se presenta un estudio y análisis de estos dos dispositivos haciendo una revisión detallada del estado del arte y la información más reciente encontrada en la literatura. Se presenta la metodología empleada para el desarrollo de dos estructuras de interruptores MEMS de RF: un interruptor de contacto óhmico que funciona con líneas CPW en modo impar, y un interruptor capacitivo que funciona con líneas CPW en modo par.  Por otro lado, se describe un capacitor variable de dos placas paralelas que está diseñado para que pueda superar el intervalo de sintonización teórico del 50 %, lo cual se logra utilizando dos electrodos que están separados de la estructura que genera la capacitancia. Se presentan resultados del análisis electromagnético y mecánico tanto de los interruptores como del capacitor MEMS de RF.  Se efectua un análisis de las técnicas de fabricación comerciales, así como algunas técnicas de fabricación encontradas en la literatura, las cuales son empleadas por algunos autores en sus propios laboratorios, resaltando las ventajas y desventajas de cada una de ellas.  Se presentan resultados  experimentales de la caracterización de parámetros S de los interruptores MEMS de RF, donde se incluyen resultados de la caracterización del ciclo de histéresis y confiabilidad. En general, los resultados de sus parámetros S mostraron un buen comportamiento de DC a 10 GHz y de 30 a 50 GHz para los dos interruptores respectivamente
This thesis presents the design methodologies of switches and capacitors using MEMS technologies and its manufacturing techniques for operation at RF frequencies. Besides, the characterization methodology of MEMS RF switches is provided. MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) have been extensively developed in recent years. Due to its excellent features (the main one miniaturization), have been used in various fields such as in medicine, automotive industry and computer hardware among others. In the field of RF and microwave are two devices that have distinguished:  switches and tunable capacitors. This thesis presents the study and analysis of these two devices, making a detailed review of the state of the art information found in the literature. This work presents the used methodology to develop two structures of RF MEMS switches: a ohmic contact switch built with CPW lines working in odd mode, and a capacitive switch built with CPW lines working in even mode. On the other hand, a variable capacitor made with two parallel plates is designed to overcome the theoretical tuning range of 50%, achieved by means of two electrodes separated from the structure that generates the capacitance. The electromagnetic and mechanical analysis results of the RF MEMS switches and capacitors are also presented. An analysis of the commercial manufacturing techniques, as well as some manufacturing techniques found in the literature, used by some authors in their own laboratories, is included highlighting its advantages and disadvantages. Experimental results of the S parameter characterization of RF MEMS switches are provided, including characterization results of the hysteresis loop and reliability. In general, its S parameters results exhibited a good behavior from DC to 10 GHz and from 30 to 50 GHz for the two switches respectively
CICESE
2014
Tesis de maestría
Español
Heredia Vega,J.C.2014. Estudio de metodologías de diseño y fabricación de interruptores y capacitores MEMS de RF y microondas. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 171 pp.
TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES
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