دانشگاه ارومیه

طراحی و شبیه سازی سوئیچ با استفاده از تکنولوژی میکروماشین به منظور استفاده در مدارات RF

دانشکده فنی

گروه مهندسی برق

پژوهشکده میکروالکترونیک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

استاد راهنما: دکتر ابراهیم عباسپور ثانی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این پایان نامه سعی شده است که ابتدا شرح کاملی از ساختار انواع سوئیچ های میکروماشینی و همچنین نحوه مدلسازی این میکروسوئیچ ها با عناصر فشرده الکتریکی بیان گردد. سپس طراحی کامل یک سوئیچ میکروماشینی فرکانس بالا با استفاده از سیستم تحریک شانه ای عمودی ارائه گردد. چگونگی ایجاد نیروی الکترواستاتیکی در ساختارهای تحریک شانه ای در فصل جداگانه ای شرح داده شده است. ویژگی ساختار جدید ارائه شده، ولتاژ تحریک کم و مشخصه جابه جایی نسبتا خطی و تلفات سیگنال انتقالی بسیار کم آن در فرکانس های بالا می باشد.

به منظور بررسی مزایای طرح پیشنهادی، پارامترهای اصلی آن با میکروسوئیچ با صفحات موازی مقایسه گردیده است. نتایج به دست آمده از شبیه سازی ها نشان می دهد که اندازه ولتاژ تحریک 13% و میزان مشخصه خطی نمودار جابه جایی برحسب ولتاژ 40% نسبت به ساختار میکروسوئیچ با صفحات موازی بهبود یافته است. امروزه با گسترش مخابرات بی سیم استفاده از قطعات الکترونیکی بسیار کوچک و با توان مصرفی کم بسیار ضروری می باشد. همچنین این قطعات به منظور استفاده در فرکانس های بالای مغناطیسی باید تلفات انتقالی و ولتاژ مصرفی کمی داشته باشند. برخلاف تلفات انتقالی مغناطیسی زیاد ساختارهای متداول در فرکانس های بالا، تلفات انتقالی ساختار ارائه شده بسیار کم می باشد به طوری در فرکانس 50GHz میزان تلفات فقط 0/2dB- می باشد.

به دلیل قابلیت ساخته شدن این میکروسوئیچ بر روی زیرلایه سیلیکانی، قابلیت کارایی این ساختار بسیار خوب می باشد. کلیه شبیه سازی های مکانیکی این میکروسوئیچ توسط نرم افزار intellisuit و شبیه سازی های مغناطیسی آن توسط نرم افزار HFSS انجام شده است. از مشخصات مغناطیسی مهم یک میکروسوئیچ، دارا بودن ایزولاسیون بالا و ضریب بازگشت بسیار کم می باشد. میکروسوئیچ پیشنهادی به گونه ای طراحی شده که این دو مشخصه مغناطیسی مهم را دارا می باشد. همچنین به واسطه کم بودن ضریب بازگشت سیگنال در این میکروسوئیچ، تلفات انتقالی سیگنال بسیار کم می باشد.

مقدمه: سوئیچ های الکترومغناطیسی

یکی از اجزای اصلی مدارات الکترونیکی مدرن، امپدانس متغیر می باشد. ساده ترین امپدانس متغیر، یک سوئیچ مکانیکی است که امپدانس آن به وسیله یک کنتاکت از اتصال کوتاه به مدار باز تغییر می کند که این عمل مسیر عبور جریان را قطع می نماید. تحقیقات بسیار وسیع و روبه رشدی که در زمینه میکروالکترونیک انجام می گردد بر پایه ترکیب دو حوزه مکانیکی و الکتریکی می باشد. به این جهت به عنوان سیستم های میکرو الکترومکانیکی نام گرفته است. سوئیچ های الکتریکی به عنوان وسیله ای که می توانند مدار مسیر جریان را باز و بسته کنند، در مدارهای الکترونیکی نقش بسیار مهمی دارند.

اوایل بسیاری از سوئیچ ها قطعات کنتاکت مکانیکی حجمی بودند. با توسعه قطعات حالت جامد مدرن، ترانزیستورها و دیودها به گروه سوئیچ ها ملحق شدند. هرچند تمام این قطعات معایب خودشان را دارند نظیر توان مصرفی زیاد، متخصصین بر آن شدند که به دنبال راه حلی برای رفع این نقاط ضعف باشند.

محققین همواره در پی تحقیق امکان استفاده از قطعات میکروماشینی به عنوان سوئیچ های الکتریکی هستند. سودیچ های میکروماشینی سوئیچ های کوچک شده مکانیکی هستند که توسط پروسه های متداول ساخت مدارهای مجتمع مدرن ساخته می شوند.

در سال های اخیر سوئیچ های میکروماشینی به دلیل مزایای بسیار زیاد، توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند. سوئیچ های الکتریکی، برحسب خصوصیات کاربردشان، یک سری نیازمندی هایی دارند. برای مثال در الکترونیک قدرت یک سوئیچ باید قادر به انتقال توان بالایی باشد. در مورد سوئیچ هایی که برای کاربردهای فرکانس های رادیویی استفاده می شوند، محدوده فرکانس کاری سوئیچ بسیار مهم می باشد. سوئیچ های فرکانس رادیویی براساس میزان تلفات و ایزولاسیون توصیف می شوند.

در مقایسه با سوئیچ های معمولی، سوئیچ های میکروماشینی نوظهور قادر به پوشش طیف وسیعی از توان و فرکانس می باشند. نیروی لازم برای حرکت کنتاکت های مکانیکی می تواند از نیروی الکترواستاتیکی یا مغناطیسی و یا پیزوالکتریک به دست آید. تا سال 2001 تنها سوئیچ های میکروماشینی ساخته شده از نوع الکترواستاتیکی بودند که قابلیت کارایی بسیار بالایی داشتند. (با سیکل کارایی بیشتر از میلیون بار یا در برخی موارد بیلیون بار). سوئیچ های میکروماشینی فرکانس بالا به دو صورت سری و شانت وجود دارند. شکل زیر این دو نوع میکروسوئیپ را نشان می دهد.

یک میکروسوئیچ سری یا مانع عبور جریان در طول هادی سیگنال می شوند و یا با ایجاد کنتاکت مستقیم فلز با فلز میکروسوئیچ با هادی خط انتقال باعث تداوم سیگنال هادی جریان می گردد. میکروسوئیچ شانت هم یا سیگنال هادی جریان را به هادی زمین کوپل می کند و باعث ایجاد اتصال کوتاه می شود و یا بدون هیچ تاثیری، به سیگنال هادی جریان اجازه عبور می دهد. میکروسوئیچ های سری بیشتری برای کاربردهای فرکانس پایین از (0-30GHz) و میکروسوئیچ های شانت برای کاربردهای فرکانس بالا از (15 – 100GHz) مناسب هستند.

برخی از مهمترین پارامترهای سوئیچ های فرکانس بالا در این قسمت بحث می شود. این پارامترها برای مقایسه کارایی انواع مختلف سوئیچ های فرکانس رادیویی و همچنین برای انتخاب سوئیچ های فرکانس بالا برای یک کاربرد خاص مورد استفاده قرار می گیرند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 474