атюрні високоточні механічні пристрої та компоненти. Завдяки прогресу в області технологій виробництва мікросистем наприкінці двадцятого століття, стало можливим виготовлення механічних мікропереключателей (мікропереключателей), які володіють низькими резистивними втратами, незначним споживанням енергії, хорошою розв'язкою по входах/виходах і більшої комутованої потужністю в порівнянні з напівпровідниковими ключами. Розробка незалежних мікропереключателей дозволила СВЧ пристроям і компонентам вийти на споживчий ринок, значно поліпшивши технічні характеристики систем при зниженні їх вартості.
Для ВЧ ключа найкритичнішою вузлом є виконавчий елемент, що пояснюється його підвищеною механічною складністю і схильністю до зносу. У мікроперемикачами використовуються наступні принципи дії виконавчих механізмів: електростатичний, електромагнітний, магнітний, п'єзоелектричний і термічний. Через низький енергоспоживання найпоширенішим є електростатичний виконавчий механізм.
У порівнянні з ключами на PIN діодах микропереключатели володіють декількома перевагами:
- малим споживанням енергії в режимі перемикання (в середньому кілька мікроджоулів),
- дуже високим відношенням ємностей у включеному і вимкненому стані.
Малюнок 5 - Порівняння перемикачів за вартістю потужності і втрат.
4. Виконавчі механізми мікросистем
Прогрес в мікро- і нанотехнологіях позначився і на розвитку мікросистем. Електромеханічними мікросистемами до останнього часу вважалися мініатюрні пристрої або комбіновані набори електричних і механічних компонентів, виготовлені за технологіями виробництва ІС (Bryzek, Petersen, Mc-Culley, 1994). Основною перевагою мікросистем є можливість швидкого тиражування і масового виробництва. Усі технології: і самі ранні, такі як об'ємні технології обробки кремнію, і більш пізні, такі як LIGA, що застосовуються при виготовленні мікросистем, мають свої недоліки, і свої достоїнства. Оскільки ВЧ мікросистеми знаходяться на стадії бурхливого розвитку, рано складати класифікацію ВЧ мікропристроїв. Інженер-розробник завжди чітко розмежовує функціональність внутрішніх елементів ВЧ мікросистем. У високочастотних схемах микропереключатели можуть використовуватися або для заміни ключів на біполярних або польових транзисторах, або для перенаправлення ВЧ сигналу між різними лініями передач. При розробці ВЧ систем ніколи не можна забувати про реактивні елементах: індуктивностях і ємностях, оскільки кожен з них відіграє важливу роль у ВЧ схемах. Виконавчі і керуючі кола не повинні навантажувати основну схему, а сигнали постійної напруги необхідно надійно ізолювати від ВЧ тракту.
. 1 Електростатичні виконавчі механізми
Вперше світ заговорив про кремнії на початку вісімдесятих років двадцятого століття, коли завдяки йому відбулася справжня революція у сфері технологій виробництва ІС. Пізніше кремній став використовуватися для виготовлення прецизійних мініатюрних механічних систем. Наприкінці 1970-их років Petersen (1978, 1979) розробив новий клас механічних мембранних мікропереключателей, реалізованих на підкладці з кремнію. Такі електростатичні микропереключатели могли працювати з низькочастотним електричним сигналом, і їх характеристики представляли собою щось середнє між параметрами електромагнітних реле і традиційних ключів на кремнієвих транзисторах. Електростатичні микропереключатели - дуже маленькі пристрої, зазвичай не перевищують 100 мкм в довжину, керовані за допомогою електростатичних полів. До їх складу входить тонка (0.35 мкм) покрита металом діелектрична мембрана, прикріплена до кремнієвій підкладці, що нависає над невеликим прямокутним поглибленням. Поглиблення виконується методом строго контрольованого витравлювання кремнію з-під обложеної діелектричної плівки. Сумісність таких ключів з традиційними кремнієвими ІС призвела до подальшого їх вдосконалення. Сучасні послідовні микропереключатели володіють в НВЧ діапазоні більш гарними характеристиками і бувають консольними, ємнісними і мембранними.
Консольна структура складається з тонкої металевої пластини, зафіксованої на одному кінці і вільно нависає над металевою лінією передач на відстані кілька мікрон. Консоль може бути з'єднана послідовно з лінією передач, як це показано на малюнку 6, або металевий контакт може розташовуватися зверху лінії передач, як на малюнку 7. Між лінією передач і фіксованим кінцем консолі знаходиться металевий електрод, що виконує роль тягнучого вниз механізму.
Малюнок 6 - консольний ключ в лінії передач
Малюнок 7 -консольний ключ з вимикальним електродом
Консольні перемикачі мають у своєму складі два важливі механічних елемента...
