طراحی و شبیه سازی فیلتر ریزالکترومکانیکی قابل سوییچ شدن بین دو باند فرکانسی با ولتاژ تحریک کم

به کارگیری روز افزون سیستم های فرکانس بالا، نیاز به مدارها و تجهیزات ارزان تر و کوچک تر با مشخصات فرکانس بالای بهتر را بیش تر کرده است. از جمله این تجهیزات فیلتر های قابل تنظیم هستند که کاربردهای زیادی در زمینه های تجاری و نظامی مانند سیستم های مخابراتی چند باند، رادارها، گیرنده-فرستنده های ماهواره ای باند وسیع و ... داراست. فیلترهای قابل تنظیم متداول حجیم اند و مصرف توان بالایی دارند. تجهیزات ریزالکترومکانیکی در سال های اخیر به دلیل ویژگی های ارزشمند از جمله تلفات کم، مصرف توان نزدیک صفر، قابلیت ساخت با حجم و هزینه کم و قابلیت مجتمع شدن با تکنولوژی ارزان قیمت cmos، در بسیاری از سیستم های الکتریکی جایگزین موارد مشابه الکتریکی (ترانزیستور و دیود)، مکانیکی و مغناطیسی شده اند. در این تحقیق، فیلتر میان گذر ریزالکترومکانیکی با قابلیت تغییر فرکانس مرکزی با پهنای باند طراحی شده است. طراحی فیلتر بر مبنای کاهش سایز و ولتاژ مورد نیاز و افزایش قابلیت اطمینان سوییچ ها (تا جایی که به مشخصات فرکانس بالای فیلتر در باند فرکانسی مطلوب لطمه ای نزند) صورت گرفته است. فیلتر بر روی خطوط انتقال هم-صفحه (cpw) طراحی و از سوییچ های سری و موازی تشکیل شده است. همچنین در این پروژه یک سلف قابل تنظیم جدید با استفاده از سوییچ سری ریزالکترومکانیکی ارائه و در طراحی فیلتر مورد استفاده قرار گرفت. تمام سوییچ ها، از نوع دو سر ثابت و خازنی با دی الکتریک نیترید سیلیکون با ضریب دی الکتریک 6/7 می باشد. ضریب فنر سوییچ ها از n/m 14بیش تر است که قابلیت اطمینان سوییچ ها را تضمین می کند. برای تغییر وضعیت فیلتر بین دو فرکانس مرکزی ghz33/6 و ghz24/6 (31/25%) و با پهنای باند ثابت ghz 4/1 به ولتاژ v 5/13 نیاز است. عملکرد الکترومغناطیسی فیلتر و خازن ها و سلف به کار رفته در طراحی آن، با استفاده از نرم افزار em3ds شبیه-سازی شده است. همچنین عملکرد مکانیکی سوییچ ها با استفاده از نرم افزار ansys شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از تحلیل دستی مقایسه شده اند. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که استفاده از سوییچ های ریزالکترومکانیکی همراه با ساختار جدید به کار گرفته شده در پیاده سازی سلف متغیر، علاوه بر آن که به پارامترهای پراکندگی مطلوبی(تلفات انتقالی کم تر از db0/31 در دو باند عبور مورد نظر) برای فیلتر منجر شده، سایز فیلتر را نیز کاهش داده است. مقایسه فیلتر طراحی شده با فیلترهای مشابه نشان می دهد که این فیلتر با وجود گستره تنظیم وسیع، اندازه کوچک تر و تلفات انتقالی کم تری داشته و به ولتاژ پایین تری (کم تر از v15) برای تغییر وضعیت نیاز دارد.