طراحی و شبیه سازی سوئیچ خازنی mems با ولتاژ تحریک پایین در بازه فرکانسی 20 تا 40 گیگاهرتز

رشد روز افزون به کارگیری سیستم های فرکانس بالا، نیاز به مدارها و سیستم های کم هزینه تر و کوچک تر با مشخصات فرکانس بالای بهتر را بیشتر کرده است. سوئیچ های میکروالکترومکانیکی، یکی از انواع سوئیچ های فرکانس بالا هستند که در سال های اخیر به دلیل ویژگی های فرکانس بالای بهینه از جمله ایزولاسیون بالا، تلفات کم، خطی بودن، قابلیت ساخت با حجم و هزینه کم و قابلیت مجتمع شدن با تکنولوژی ارزان قیمت cmos، در بسیاری از سیستم های الکتریکی جایگزین ترانزیستورها، دیودها و همچنین سوئیچ های پروزن مکانیکی شده اند. سوئیچ های میکروالکترومکانیکی الکترواستاتیک معمولاً برای تحریک به ولتاژ بالا احتیاج دارند؛ به همین دلیل در مدارهای مجتمع با ولتاژ کاری پایین، به مبدل های ولتاژ با تلفات و حجم زیاد، نیاز دارند و به سادگی قابل مجتمع شدن نیستند. در این تحقیق انواع سوئیچ های میکروالکترومکانیکی معرفی و ساختارهای مختلف گزارش شده، برای کاهش ولتاژ تحریک بررسی شده اند. ملاحظات طراحی برای کاهش ولتاژ تحریک و افزایش قابلیت اطمینان به تفضیل مورد بحث قرار گرفته اند. علاوه بر این یک سوئیچ میکرو الکترومکانیکی الکترواستاتیک با سطوح تحریک بزرگ و جداگانه، برای کاربرد در باند فرکانسی 20 تا 40 گیگاهرتز، با ولتاژ تحریک کمتر از 10 ولت و ضریب فنر بالا ارائه شده است. سوئیچ از نوع خازنی موازی با دی الکتریک سیلیکون نیتراید با ضریب دی الکتریک 7.6 است. ضریب فنر سوئیچ 18 نیوتن بر متر محاسبه شده است که قابلیت اطمینان سوئیچ را تضمین می کند. علاوه بر این عملکرد الکترومغناطیسی و مکانیکی سوئیچ به ترتیب با استفاده از نرم افزار های em3ds و ansys شبیه سازی و نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از تحلیل دستی مقایسه شده اند. در انتها عملکرد فرکانس بالای سوئیچ با بکارگیری مدل ? بهینه شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که با بکارگیری مدل ? پارامترهای فرکانس بالا بسیار بهبود پیدا کرده اند. سوئیچ طراحی شده با مدل ? دارای ایزولاسیون 20 دسی بل در فرکانس 20 گیگاهرتز و 39 دسی بل در فرکانس 40 گیگاهرتز است. همچنین تلفات حالت هدایت و تلفات بازگشتی در حالت عدم تحریک به ترتیب کمتر از 0.3 دسی بل و بیشتر از 16 دسی بل می باشد. نتیجه شبیه سازی الکترومکانیکی نشان می دهد که تنش باقی مانده در بازو در حدود 6 مگاپاسکال و در حجم بسیار کوچکی حداکثر به 10 مگاپاسکال می رسد. همچنین ولتاژ تحریک با شبیه سازیansys ، 7.8 ولت بدست آمده است.