Tez No İndirme Tez Künye Durumu
201750
A monolithic phased array using RF MEMS technology / RF MEMS teknolojisi kullanılarak tek parça faz dizili anten
Yazar:KAĞAN TOPALLI
Danışman: DOÇ. DR. ÖZLEM AYDIN ÇİVİ ; PROF. DR. TAYFUN AKIN
Yer Bilgisi: Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
Konu:Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin:Mikroişleme teknikleri = Micromachining techniques
Onaylandı
Doktora
İngilizce
2007
172 s.
Bu tezde, RF MEMS teknolojisi kullanılarak gerçeklestirilen yeni bir tek parça faz dizili anten sunulmaktadır. 15 GHz frekansında tasarlanan yapı, dogrusal olarak dizilmis 4 adet mikroserit yama anten, 3-bit dagıtılmıs RF MEMS düsük kayıplı faz kaydırıcılar ve besleme agından olusmaktadır. Sistemde kullanılan RF MEMS faz kaydırıcılar toplamda 28 birim hücreyle 3 bölümden olusmaktadır ve 22.4 mm × 2.1 mm'lik bir alanı kaplamaktadır. Faz kaydırıcının performansı, yüksek empedanslı esdüzlemsel dalga klavuzu iletim hattını yükleyen MEMS anahtarlarla birlikte yüksek-Q metal-hava-metal sıgalar kullanılarak gelistirilmistir. Faz dizili anten, 1.2 ?m kalınlıgında yapısal altın katmanı ve 2 ?m sıgasal aralıgın 500 ?m kalınlıgında cam taban üzerine koyuldugu yüzey mikroisleme süreci ile tek parça olarak üretilmistir. Üretim süreci basittir, sadece 6 maske gerektirmektedir ve aynı taban üzerinde RF MEMS anahtar ve faz kaydırıcı gibi çesitli RF MEMS devre elemanlarının üretilebilmesine izin vermektedir. Üretilen faz dizili anten yapısı sadece 6 cm × 5 cm'lik bir alanı kaplamaktadır. Faz kaydırıcı yapısının yaklasık olarak 20°/50°/95° faz kaymalarını ve bunların sekiz kombinasyonunu, 15 GHz'de 1.5 dB ortalama araya girme kaybı ile saglayabildigi ölçüm sonuçlarıyla gösterilmistir. Faz kaydırıcılar, sıgasal olarak çalıstıkları için ihmal edilebilecek bir güç tüketimiyle, 16 V ile hareketlendirilebilmektedir. RF MEMS faz kaydırıcıların uygun olarak ayarlanmasıyla ana hüzmenin 4° ve 14°'ye döndürülebildigi yine yapılan ölçümlerle gösterilmistir. Anahtar Kelimeler: Faz dizili antenler, RF MEMS, faz kaydırıcı, anahtar, yüklenmis hat, esdüzlemsel dalga kılavuzu, mikroisleme.
This thesis presents a novel monolithic phased array implemented using the RF MEMS technology. The structure, which is designed at 15 GHz, consists of four linearly placed microstrip patch antennas, 3-bit distributed RF MEMS low-loss phase shifters, and a corporate feed network. The RF MEMS phase shifter employed in the system consists of three sections with a total of 28 unit cells, and it occupies an area of 22.4 mm × 2.1 mm. The performance of the phase shifters is improved using high-Q metal-air-metal capacitors in addition to MEMS switches as loading elements on a high-impedance coplanar waveguide transmission line. The phased array is fabricated monolithically using an in-house surface micromachining process, where a 1.2-?m thick gold structural layer is placed on a 500-?m thick glass substrate with a capacitive gap of 2 ?m. The fabrication process is simple, requires only 6 masks, and allows the implementation of various RF MEMS components on the same substrate, such as RF MEMS switches and phase shifters. The fabricated monolithic phased array occupies an area of only 6 cm × 5 cm. The measurement results show that the phase shifter can provide nearly 20°/50°/95° phase shifts and their eight combinations at the expense of 1.5 dB average insertion loss at 15 GHz. The phase shifters can be actuated with 16 V, while dissipating negligible power due to its capacitive operation. It is also shown by measurements that the main beam can be steered to 4° and 14° by suitable settings of the RF MEMS phase shifters. Keywords: Phased arrays, RF MEMS, phase shifter, switch, loaded line, coplanar waveguide, micromachining.