خطوط انتقال MEMS
38 صفحه در قالب word
فهرست مطالب
- مقدمه...........................................................2
- خطوط انتقال MICROMACHINED.......................3
2-1- مدلینگ خطوط انتقال........................................5
2-2- معادلات خط انتقال ..............................................6
2-2-1- معادلات تلگرافی.............................................6
2-3- امپدانس ورودی خط انتقال بی اتلاف .............................12
2-3-1- نصف طول موج .......................................13
2-3-2- ربع طول موج.............................................13
2-3-3- بار تطبیق شده .............................. 13
2-3-4- اتصال کوتاه ......................................13
2-3-5- اتصال باز....................................................13
2-3-6- خط انتقال پله دار..................................14
2-4- تلفات در خطوط انتقال..............................14
2-5- خطوط انتقال مسطح(co-planar)......................16
2-5-1- طراحی..............................................17
2-6- محفظه میکرونی و غشاء(پوسته، membrane ) پشتیبانی خطوط انتقال..19
2-7- اجزای مدار Microshield.........................................25
2-8- اجزای موجبر Micromachine ....................................28
2-9- کوپلرهای هدایتی میکروماشینی................................31
2-10- میکسر Micromachined ................................32
2-11- قطعات پسیو : رزوناتور و فیلتر.............................34
- طراحی ، ساخت و اندازه گیری.........................................34
3-1- طراحی.........................................35
3-2- ساخت..........................................35
3-3- سنجش (ارزیابی)..................................37
- نتیجه گیری...........................................37
- مراجع...........................................................38
1- مقدمه:
فرکانس رادیویی (RF) قطعات مسطح و مدارهای یکپارچه ای هستند که سیستم عصبی مرکزی برای بسیاری از دستگاه های ارتباطی قابل حمل مدرن می باشد. دهه گذشته شاهد انقلاب های تکنولوژیکی حالت جامد دستگاه ها و اجرای آنها در مقیاس خیلی بزرگ مدارات مجتمع (VLSI) بودیم. این چشم انداز بسیاری ازدستگاه های ارتباطی که مبنای دستگاه های لوله ای خلاء کلاسیک و ترانزیستورها را تغییر داده است. بعلاوه، سطوح ارتباطات RF و سیم ها با استفاده از خطوط microstrip ، خطوط نواری و موجبر مسطح (CPW) سازگاری با سیلیکون حالت جامد و اجزای GaAS انعطاف پذیری طراحی ، فشردگی و کاهش وزن با عملکرد برتر را فراهم می کند.
عامل (فاکتور)کیفیت بسیار بالا (ده ها هزار) و پایداری در مقایسه با تغییرات حرارتی موج آکوستیک(صوت) سطح (SAW) رزوناتورها و فیلتر ها از دلایل اصلی برای استفاده گسترده ای از آنها در زیر سیستم های انتخاب فرکانس در بیشتر دستگاه های ارتباطی است. کارایی بسیار بالا توان کم فرستنده و گیرنده RF همچنین استفاده از تجهیزاتی مانند سلف و خازن های متغیر مجزا برای تنظیم آن و برای کوپلینگ سیگنال ها برای جلو- انتهای دستگاه ها. استفاده از بدنه و SAW فیلترها و مدارهای تانک موزون در کاربردهای سلولی تنگنای قابل توجهی در برابر کوچک سازی فرستنده ها و گیرنده ها تحمیل می کند. حتی با وجود اینکه مدارهای یکپارچه سیلیکون (ICS) در حال حاضر در محدوده فرکانسی گیگاهرتز عمل می کنند و دو قطبی مدرن ، CMOS (مکمل های نیمه هادی اکسید فلز) و BiCMOS(دو قطبی نیمه هادی اکسید فلزی مکمل) فرآیندهای ارائه فرکانس بالا مدارهای مجتمع سیلیکون RF به رقابت با GaAS در رژیم فرکانس گیگاهرتز پایین می پردازند ، عدم وجود
اجزای پسیو با کیفیت بالا در سیلیکون آن را انتخابی ضعیف برای مدارات فرکانس بالا ساخته است. همچنین ، زیرلایه سیلیکونی پر اتلاف طراحی اجزاء Q بالا و واکنش پذیر در سیلیکون را دشوار می سازد. هنوز توابع بسیاری است که نمی توان با استفاده از فناوری متعارف IC به اجرا درآورد ، به ویژه ، ایجاد قطعات با Q (بیش از 30) ، مورد نیاز برای انتخاب فرکانس بالا در سیستم های ارتباطی. همچنین ،
این هندسی مسطح موانع وابسته به فرکانس خواصی مانند تابش پارازیتی ، تلفات اهمی و پراکندگی را تحمل می کند . تابش پارازیتی و کوپلینگ می تواند با طراحی خبره و ماهر حذف شود. این ممکن است به نوبه خود حجم ،وزن و هزینه را به این دستگاه ها اضافه کند.
با وجود این مشکل ، هزینه پایین تکنیک ساخت IC سیلیکون بالاتر از GaAS IC دارای پتانسیل برای یکپارچه سازی اجزاء RF MEMS در مدارات RF دارد، که باعث می شود سیلیکون اولین انتخاب باشد. این تقاضا های اخیر به طور کامل برای خطوط انتقال مسطح یکپارچه و تجهیزات غیر فعال برای تحقق microelectromechanicalsystems (MEMS) و مدارات مایکروویو مجتمع یکپارچه (MMIC)وجود دارد. اندازه و وزن کوچک ، مصرف توان کم ، تولید انبوه ، قابلیت اطمینان و قابلیت تکثیر برخی از مزایای متعدد از ادغام مدارهای مایکروویو یکپارچه (MIC) با MEMS است.
تلاش های بسیاری از تحقیقات اخیر روی کوچک کردن این تجهیزات پسیو RF ، و یا یک روش طراحی به حذف آنها از مدارات متمرکز شده است. این فصل در حال حاضر به تلاش های کوچک سازی دستگاه های غیر فعال مانند اجزای خطوط انتقال micromachined و دستگاه ها برای کاربردهای RF در طول روش طراحی استفاده می شود
2- خطوط انتقال MICROMACHINED:
اولین خط انتقال ، stripline ، در سال 1952 معرفی شد در دو مقالات همراه (Assadourian and Rimai, 1952; Grieg and Engelmann, 1952) ، ایجاد یک انقلاب جدید تکنولوژی ترکیبی بود. امروزه، ساختار بیشتر مورد استفاده با تحقق بخشیدن MIC ها microstrip هستند. این تکنولوژی هیبریدی استنتاج شده است به یک واحد یکپارچه ، که به شدت عملکرد فرکانس ها را با کاهش وزن و حجم افزایش داده است. این سطوح هادی در قالب خطوط انتقال باعث تکامل قطعات دیگر RF مانند کوپلرهای جهتی و در نهایت در توسعه آنتن های مسطح مقیاس بسیار بزرگ برای مجتمع سازی در کاربردهای فرکانس بسیار بالا، می شود. خطوط انتقال در یک مدار RF به طور معمول برای انتقال اطلاعات از عناصر پسیو مانند فیلتر ، امپدانس ترانسفورماتور و خطوط تأخیر و ارتباط بین آن ها مورد استفاده قرار می گیرد. ساختار چند هدایتی است که حمایت می کند از موج الکترومغناطیسی عرضی (TEM) ویا انتشار غیرحالت TEM و معمولاً به عنوان خطوط انتقال بکار برده می شود. در مدار الکتر یکی ، هنگامی که زمان انتقال یک سیگنال به همراه یک نوار متصل شبیه به یک دوره و یا نزدیک به مدت زمان یک پالس است ، مدار باید در خطوط انتقال مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد و با پارامتر های هندسی خود مشخص می شود. در این مدار ، عدم تطبیق و ناپیوستگی ها ممکن است بازتاب های مختلف تولید کند. این پژواک پیچیده می تواند پایین سیگنال را آهسته کند و تأخیر غیر ضروری در یک مدار را اضافه کند. شکل 1 فرم های معمول خطوط انتقال مدار چاپی به طور کلی با استفاده از محدوده فرکانس پایین (microstrip ، slotline ،co-planar) و محفظه فلزی برای جلوگیری پرتو برای محدوده فرکانس بالاتر (به حالت تعلیق در خط ، خط معکوس و خط باله) (Gardiol ، 1994) ارائه می دهد. یک خط مشترک مسطح(co-planar) ، یکی از خطوط انتقال بیشتر مورد استفاده است که در آن حالت عمده (غالب) TEM است. سرعت انتشار موج TEM تنها به خواص مواد ε، μ بستگی دارد. برای یک خط microstrip در معرض هوا ،انتشار موج از طریق دو دی الکتریک متوسط است. وقتی دو ماده در حال حاضر در یک مدار وجود دارد ، امواج TEM با دو سرعت منتشر می شود، یکی بدون دی الکتریک بستر و دیگری در هوا. شرایط مرزی در رابط(میانجی) نیاز به یک مولفه مماسی پیوسته است که نمی تواند در مورد دو دی الکتریک راضی شود.از این رو انتشار در امتداد یک خط microstrip ، TEM به دلیل حضور دو رسانه های دی الکتریک خالص نمی باشد. خطوط میدان بین نوار و صفحه زمین محتوی به طور کامل در بستر نیستند. بنابراین ، حالت انتشار در خط microstrip کاملاً TEM نیست اما شبه TEM است. slotline در مدارهای نیاز به خطوط امپدانس بالا ، اتصال کوتاه ، مدارهای مایکروستریپ ترکیبی هیبرید دارند ترجیح داده می شود. موجبر مسطح (co-planar)می تواند کاربردهای گسترده ای را در MIC به دلیل اضافه کردن انعطاف پذیری به طرح مدار پید ا کند.
تغییرات بسیاری دیگر از هندسه پایه microstrip امکان پذیر است، اماشایع ترین یکی از microstrip تحت پوشش، نشان داده شده در شکل 1 می باشد. محافظ فلز اغلب برای حفاظت الکتریکی مانند حمایت فیزیکی از مدار microstrip استفاده می شود. حضور این زمین فلزی می تواند ، با این حال، ویژگی عملکردی را آشفته کند
به طوری که اثرات آن ممکن است در طول طراحی به حساب آورده شود.microstrip و CPW
به طور گسترده استفاده می شوند به دلیل خواصشان به خوبی شناخته شده هستند و مزایا برای استفاده
در کاربردهای MMIC دارند.
شکل 2 وسیله ممکن انتقال و تشعشع در یک ساختار مسطح قابل پرداخت راه اندازی یک موج را ارائه می دهد . این امواج می توانند هوشمندانه برای کاربرد ارسال سیگنال و یا تابش در یک مدار ، بسته به پارامترهای طراحی هادی ها، خواص بستر (زیر لایه) و محوطه مورد استفاده قرار گیرند. امواج هدایت شونده ممکن است برای یک دی الکتریک بالا بستر نازک در مقایسه با طول موج ، که ناخواسته در یک آنتن غالب باشند. موج تابش نشتی ناخواسته در خطوط انتقال است. امواج نشتی به تابش در زیر شرایط مساعد کمک می کنند و در نتیجه ظاهر اندازه آنتن را افزایش می دهند و گین بزرگ تولیدمی کنند. امواج سطحی نیز قابل توجه برای بستر با ضخامت و پرمیتیویتی بالا شدند.
2-1- مدلینگ خطوط انتقال:
به منظور آنالیز ، خط انتقال الکتریکی می تواند به یک شبکه دو پورتی مدل شود که در ادامه مشاهده می کنید:
در ساده ترین حالت، شبکه خطی فرض می شود (یعنی ولتاژ های پیچیده در سراسر پورت متناسب است با جریان پیچیده شناور داخلی آن زمانی که هیچ بازتاب وجود ندارد) ، و دو پورت ها قابل تعویض تصور می شوند. خط انتقال یکنواخت در امتداد طول آن است، و سپس رفتار خود را تا حد زیادی توسط یک پارامتر واحد به نام امپدانس مشخصه ، نماد توصیف می کند. این نسبت ولتاژ پیچیده از موج داده شده به جریان پیچیده ای از همان موج در هر نقطه بر روی خط می باشد. ارزش نمونه از ها 50 یا 75 اهم برای کابل کواکسیال، در حدود 100 اهم برای یک جفت به هم پیچیده از سیم، و در حدود 300 اهم برای یک نوع رایج از جفت untwisted مورد استفاده در فرستنده های رادیویی می باشد.
هنگام ارسال قدرت (توان) زیر خط انتقال، معمولا مطلوب است که به عنوان قدرت (توان) تا حد ممکن توسط بار جذب خواهد شد و ممکن است که در حد خیلی کوچک به منبع منعکس خواهد شد. این می تواند به ساخت امپدانس بار برابر اطمینان دهد، که در این صورت خط انتقال تطبیق یافته گفته می شود.
برخی از قدرت (توان) که به خط انتقال تغذیه می شود به خاطر مقاومت خود تلف می شود. این اثر تلفات اهمی یا مقاومتی (گرمایش اهمی) نامیده می شود. در فرکانسهای بالا، یکی دیگر از اثر به نام تلفات دی الکتریک قابل توجه می شود، اضافه کردن به تلفات ناشی از مقاومت است. تلفات دی الکتریک سبب می شود وقتی که مواد عایق در داخل خط انتقال انرژی میدان الکتریکی متناوب را جذب می کنند، و به حرارت تبدیل می کنند. خط انتقال با مقاومت (R) و اندوکتانس (L) در سری با خازن (C) و هدایت (G) به صورت موازی مدل شده است. مقاومت و هدایت منجر به تلفات خط انتقال می شود.
تلفات کل قدرت در خط انتقال اغلب در دسی بل در هر متر (m/ db) مشخص شده است ، و معمولاً بستگی به فرکانس سیگنال دارد. تلفات 3 دسی بل مربوط به حدود نصف قدرت است.
خطوط انتقال فرکانس بالا ، می توانند به عنوان طراحی شده برای حمل امواج الکترومغناطیسی تعریف شوند که طول موج کوتاهتر از یا قابل مقایسه با طول خط تعریف شده است. تحت این شرایط، به تقریب مفید برای محاسبات در فرکانسهای پایین تر دقیق است. این اغلب با رادیو ، مایکروویو و سیگنال نوری ، فیلترهای فلزی مش نوری ، و با سیگنال های موجود در مدارات دیجیتال سرعت بالا رخ می دهد.
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است 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 می‌باشد.
متن کامل با فرمت word را که قابل ویرایش و کپی کردن می باشد، می توانید در ادامه تهیه و دانلود نمائید.
خطوط انتقال مایکرو استریپ MEMS