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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/721| Reconfigurable microwave circuits | |
| GEORGINA GUADALUPE ROSAS GUEVARA | |
| ROBERTO STACK MURPHY ARTEAGA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Microwave circuits Micromechanical devices Metamaterials | |
| The research presented in this doctoral thesis introduces a developmental path
focused on a design methodology and a fabrication process of a Metamaterial - Micro
Electro Mechanical Systems (MTM-MEMS) antenna for reconfigurable microwave
circuits. The MTM-MEMS antenna is conceptualized in this research as a three-dimensional
device using the fusion of emerging technologies such as Metamaterials
(MTM) and Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). Together, they can provide
very small (with respect to the size of the conventional RF devices) and reliable “smart
circuits” at a minimal cost.
The design of antennas using Metamaterial Technology implies a new concept in
creating artificial materials that present unique electromagnetic properties, which are
controllable and are not present in any known natural environment. Metamaterials open
up new ways for innovation in communications systems, based on original designs that
exploit singular properties, especially for microwave devices.
The antenna presented here is based on Coplanar Waveguide (CPW) technology;
therefore, the signal and ground are in the same plane, presenting high signal integrity
(lower dielectric losses and lower conductive losses). The antenna developed in this
research has been successfully integrated with RF-MEMS by embedding a parallel
plates MEMS capacitor, capable of achieving a capacitance from 0.69 to 6.29 pF in a
gap of up to 30 microns between the plates of the capacitor, with an actuation voltage of
20 to 40 V, and thus to achieve reconfiguration in frequency. This is, when the
capacitance is varied, the resonant frequency of the antenna is tuned. This versatile
antenna can be tuned in the 5.3 to 8.6 GHz range by varying the MEMS capacitors.
Additionally, T bias line has been integrated in the same design.
MTM-MEMS antenna was fabricated using surface micromachining technique,
and it is integrated in a CMOS chip. The process is composed of five materials and four
levels of masks on a silicon wafer of high resistivity acting as the mechanical support.
Titanium (Ti) and aluminum (Al) are used as structural materials, with one suspended
level for the mechanical structures, and AZ-P4260 was used as the sacrificial material.
Silicon dioxide SiO2 and SU8 were used as dielectrics. In this case, SU8 was used as a
dimple for the high frequency device. This fabrication process was planned,
implemented and characterized, especially for microwave devices. El trabajo de investigación presentada en esta tesis doctoral introduce un camino novedoso en el diseño y la fabricación de circuitos de microondas reconfigurables usando las tecnologías emergentes MTM (Metamateriales) y MEMS (Sistemas Micro- Electromecánicos). Este trabajo está enfocado en el desarrollo de una antena MTMMEMS reconfigurable. La antena es conceptualizada en un dispositivo tridimensional basadas en las tecnologías Metamateriales y MEMS. La combinación de estas dos tecnologías permite desarrollar dispositivos inteligentes, más pequeños, más confiable y a un menor costo. El diseño de la antena usando la tecnología metamaterial implica un nuevo concepto. Los metamateriales son materiales artificiales con propiedades electromagnéticas inusuales, únicas no encontradas en la naturaleza. En un enfoque óptico los metamateriales se refieren a una serie de elementos dieléctricos y metálicos con cierta distribución y un tamaño definido con respecto a la longitud de onda. En circuitos de microondas o de radio frecuencia son una serie de inductores y capacitores conectados en serie y una serie de inductores y capacitores conectados en paralelo. La tecnología metamaterial abre nuevas vías para la innovación en los sistemas de comunicaciones inalámbricas, basados en diseños originales que explotan las propiedades singulares, especialmente para circuitos de microondas. La antena presentada aquí es basada sobre una tecnología coplanar, es decir, la señal y el plano de tierra se encuentran en el mismo plano, teniendo bajas perdidas por dieléctrico y buena integridad de la señal. La antena desarrollada ha sido integrada exitosamente con un dispositivo RF-MEMS a través de un elemento embebido por un capacitor MEMS que consiste de dos placas paralelas, donde una placa es fija y la otra es móvil. El capacitor MEMS es activado por el principio electrostático capaz de obtener una capacitancia de 0.69 a 6.29 pF, teniendo un rango de desplazamiento entre las placas del capacitor MEMS hasta de 30 micrómetros con un voltaje de actuación de DC de 20 a 40 V, logrando así reconfigurar en frecuencia de 5.3 a 8.64 GHz., es decir, una variación capacitivo del capacitor MEMS resulta una variación en la frecuencia de resonancia de la antena. La línea de polarización o de control de la antena ha sido integrada en el mismo diseño a través de una línea tipo T, conocida comúnmente RF-Choke. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2011-07 | |
| Tesis de doctorado | |
| Inglés | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Rosas-Guevara G.G. | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Electrónica |
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