KR102562909B1 - 고임피던스 ｒｆ ｍｅｍｓ 전송 장치들과 그것의 제조방법 - Google Patents
고임피던스 ｒｆ ｍｅｍｓ 전송 장치들과 그것의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102562909B1 KR102562909B1 KR1020207013786A KR20207013786A KR102562909B1 KR 102562909 B1 KR102562909 B1 KR 102562909B1 KR 1020207013786 A KR1020207013786 A KR 1020207013786A KR 20207013786 A KR20207013786 A KR 20207013786A KR 102562909 B1 KR102562909 B1 KR 102562909B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- mems
- substrate
- characteristic impedance
- signal
- transmission
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 127
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 79
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 12
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SWPMTVXRLXPNDP-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohexene-1-carbaldehyde Chemical compound CC1=C(C=O)C(C)(C)CC(O)C1 SWPMTVXRLXPNDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- -1 but not limited to Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 239000003353 gold alloy Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/2682—Time delay steered arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
- H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
- H01P3/08—Microstrips; Strip lines
- H01P3/088—Stacked transmission lines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0006—Interconnects
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
- H01P1/12—Auxiliary devices for switching or interrupting by mechanical chopper
- H01P1/127—Strip line switches
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/18—Phase-shifters
- H01P1/184—Strip line phase-shifters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
- H01P5/022—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions
- H01P5/028—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions between strip lines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
- H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
- H01P5/107—Hollow-waveguide/strip-line transitions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P9/00—Delay lines of the waveguide type
- H01P9/006—Meander lines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
- H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
본 발명은 RF 전송 시스템에 관한 것으로, 이러한 시스템은 RF 입력과 RF 소스를 포함하고 그것으로부터 RF 입력을 수신하고 RF 로드로의 전송을 위해 출력 신호들을 발생시키기 위해 RF 소스에 결합된 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들을 제공하는 RF 소스를 포함한다. RF MEMS 전송 장치들 각각은 기판, RF MEMS 전송 장치의 신호 입력과 RF MEMS 전송 장치의 신호 출력 사이에 신호 전송 경로들을 제공하기 위해 기판 상에 형성된 전도성 라인, 및 상기 전도성 라인을 따라 위치하고 신호 입력과 신호 출력 사이에 신호 전송 경로들을 규정하도록 선택적으로 제어 가능한 복수의 스위칭 소자들을 포함한다. RF 소스와 RF 부하 각각은 제1 특성 임피던스를 가지고 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들은 제1 특성 임피던스보다 큰 제2 특성 임피던스를 가진다.
Description
본 발명의 실시예들은 RF(radio frequency) 통신 시스템들에 관계된 것으로, 더 구체적으로는 삽입 손실들을 감소시키는 선택적으로 증가된 특성 임피던스를 가지는 RF MEMS(micro-electromechanical systems) 통신 시스템들에 관계된 것이며, 그러한 시스템의 구조물은 또한 그것을 제작하는 동안 향상된 수율(yield)들을 제공한다.
RF MEMS 장치들은 그것의 대부분의 일반적인 형태에서 RF 전송 라인에서 열린 회로와 닫힌 회로를 달성하기 위해 전기적으로 작동되는(electrically actuated) 기계적인 움직임을 사용하는 소형의(miniature) 장치들로서 규정될 수 있는 기술이다. RF MEMS 장치가 온-위치(on-position)에 있을 때에는, RF 전송 라인이 "폐쇄되고(closed)", RF MEMS 장치는 고주파 RF 신호를 전도하기 위해 사용될 수 있다. RF MEMS 장치들은 낮은 방사 손실, 낮은 용량성 개방 상태 결합(300fFd), 및 매우 작은 기계적 결합 구조(76㎛)를 포함하여 최소 유도성 기색(inductive parastic)들과 비교적 낮은 접촉 저항(1Ω)을 가지게 되는 그것들의 바람직한 RF 특성들로 인해 개방 위치와 닫힌 위치 사이의 스위칭 능력을 제공하는데 있어서는 이상적이라는 것이 인지된다.
RF MEMS 장치들의 한 가지 적용예는 ESA(electronically steered antenna) 시스템에서 사용하기 위한 것으로, 이는 공간에서 특정 각도에서 라디오 파(radio wave)들의 빔을 향하게 하기 위해 다수의 정지되어 있는(stationary) 안테나 소자들로부터의 신호들을 결합하는 시스템들이다. 빔의 특징들 및 각도는 안테나들을 물리적으로 움직이지 않고 상이한 방향들로 빔을 전자적으로 스티어링(steering)하는 것을 통해 제어될 수 있고, 그렇게 하기 위해 TTD(true time delay)가 하나의 알려진 기술이다. TTD를 통한 빔 스티어링은 각각의 안테나 소자의 전송 시간 또는 경로 길이를 변경함으로써 달성되고, 이는 다양한 길이들을 갖는 RF 전송 라인들에 결합된 복수의 RF MEMS 장치들을 포함하는 TTD 모듈을 제공함으로써 이루어질 수 있다. 공통 피드 포인트(common feed point)와 안테나 사이에서 신호가 전송되는데 걸리는 시간의 양은 RF MEMS 장치들을 스위칭을 통한 전송 라인들의 특정 조합을 선택함으로써 제어되고, 이는 RF 신호 상에서의 위상 또는 시간 지연의 바라는 양을 각 소자에 준다.
하지만, 기존의 RF 전송 시스템들(TTD를 활용하는 ESA 시스템들을 포함하는)을 위한 RF MEMS 장치들과 동반되는 RF 전송 라인들은 다수의 한계들과 그것과 연관된 도전들을 가지는 점이 인지된다. 한 가지 주요 도전은 시스템에서 대부분의 RF 송신 시스템들에서 활용되는 표준 특성 임피던스인 50Ω의 바라는 특성 임피던스를 달성하는 것이다. 즉, 그러한 시스템들에서 RF MEMS 장치들과 RF 전송 라인들의 사이즈 때문에, 그러한 시스템의 소형화에 연관된 도전들로 인해 50Ω의 특성 임피던스를 달성하는 것이 종종 어렵다. 예를 들면, RF 전송 라인들과 RF 전송 라인들 사이의 스페이싱(spacing)의 폭을 변경함으로써 특성 임피던스가 바람직하게 바뀔 수 있지만, 그러한 바뀜은 시스템에서의 저항 증가(만약 RF 전송 라인들이 좁다면) 또는 시스템의 사이즈 증가(만약 RF 전송 라인들 사이의 스페이싱이 증가된다면)를 초래하게 된다. 또 다른 예로서, 특성 임피던스는 RF 전송 라인들이 시스템에서 형성되는 절연 기판(예컨대, 유리)의 두께를 감소시킴으로써 바람직하게 바뀔 수 있지만, 그렇게 기판을 얇게 하는 것(thinning)은 기판의 기판의 부서지기 쉬움 및 그러한 감소 된 두께로 발생할 수 있는 잠재적 파손으로 인해 제작하는 동안 더 불량한 수율(yield)들을 가져올 수 있다.
그러므로 제작하는 동안 수율 이슈들을 다루면서 바라는 특성 임피던스를 제공하는 RF MEMS 전송 시스템을 제공하는 것이 바람직하게 된다. 또한 패시브(passive) 빔형성기 조립체들을 가능하게 하고 광대역 주파수 신호 처리 적용예들을 위한 양호한 신호 전송을 유지하는 낮은 삽입 손실(<4㏈)을 갖는 RF MEMS 전송 시스템을 제공하는 것이 바람직하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, RF 전송 시스템은 RF 입력을 제공하는 RF 소스와 상기 RF 입력을 수신하고 RF 부하에 전송하기 위한 출력 신호들을 생성하기 위해 RF 소스에 결합되는 하나 이상의 RF MEMS(microelectromechanical system) 전송 장치들을 포함한다. 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들 각각은 기판, RF MEMS 전송 장치의 신호 입력과 RF MEMS 전송 장치의 신호 출력 사이에 신호 전송 경로들을 제공하기 위해 상기 기판상에 형성되는 전도성 라인(conducting line), 및 상기 전도성 라인을 따라 위치하고 상기 신호 입력과 상기 신호 출력 사이에 신호 전송 경로들을 규정하도록 선택적으로 제어 가능한 복수의 스위칭 소자들을 포함한다. 상기 RF 소스와 상기 RF 부하 각각은 제1 특성 임피던스를 가지고 상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들은 상기 제1 특성 임피던스보다 큰 제2 특성 임피던스를 가진다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, RF MEMS 전송 장치의 제조방법은 기판을 형성하는 단계, 상기 기판의 상면(top surface)상에, 복수의 라인부(line portion)들을 포함하는 신호 라인을 형성하는 단계, 및 상기 신호 라인에 MEMS 스위칭 장치를 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 MEMS 스위칭 장치는 RF 신호를 전송하기 위해 상기 신호 라인의 각각의 라인부들을 선택적으로 결합하고 분리하기 위해 폐쇄 위치와 개방 위치에서 동작 가능하다. 상기 기판과 상기 신호 라인을 형성하는 단계는, 상기 신호 라인의 길이 및 두께와 기판 및 신호 라인의 재료 특성들과 조합하여 취해질 때, RF MEMS 전송 장치의 특성 임피던스가 상기 RF MEMS 전송 장치가 연결되는 RF 부하와 RF 소스의 50Ω 특성 임피던스보다 높도록 상기 기판의 두께와 상기 신호 라인의 폭을 서로에 대하여 선택적으로 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, RF MEMS 전송 장치는 두께를 가지는 기판, 상기 기판의 상면에 배치된 복수의 MEMS 장치들, 및 기판의 상면에 형성된 전도성 신호 라인들을 포함하고, 그러한 전도성 신호 라인들은 각각 길이, 폭, 및 두께를 가진다. 그러한 기판의 두께와 전도성 신호 라인들의 폭은, 상기 기판의 두께 및 상기 전도성 신호 라인들의 길이, 폭, 및 두께 중 다른 것들과 조합하여 취해질 때, 상기 RF MEMS 전송 장치의 특성 임피던스가 대략적으로 150Ω이도록 정해진다.
이들 및 다른 장점들과 특징들은 첨부 도면들과 관련하여 제공되는 본 발명의 바람직한 실시예들의 후속하는 상세한 기술로부터 더 쉽게 이해될 것이다.
도면들은 본 발명을 실행하기 위해 현재 예측되는 실시예들을 예시한다.
도 1은 실 시간 지연이 영향을 미치는 빔 스티어링을 가지는 위상 배열 안테나를 갖는 레이다 시스템의 형태로 되어 있는 RF 전송 시스템의 간략화된 개략적인 그림.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 레이다 시스템을 가지고 사용 가능한 TTD(true time delay) 모듈의 개략적인 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 TTD 모듈에서 사용 가능한 전형적인 MEMS 스위칭 장치의 개략도.
도 4a는 내부에 50Ω의 TTD 모듈을 가지는 종래 기술의 RF 전송 시스템의 개략적인 블록도.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 내부에 150Ω의 TTD 모듈을 가지는 RF 전송 시스템의 개략적인 블록도.
도 1은 실 시간 지연이 영향을 미치는 빔 스티어링을 가지는 위상 배열 안테나를 갖는 레이다 시스템의 형태로 되어 있는 RF 전송 시스템의 간략화된 개략적인 그림.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 레이다 시스템을 가지고 사용 가능한 TTD(true time delay) 모듈의 개략적인 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 TTD 모듈에서 사용 가능한 전형적인 MEMS 스위칭 장치의 개략도.
도 4a는 내부에 50Ω의 TTD 모듈을 가지는 종래 기술의 RF 전송 시스템의 개략적인 블록도.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 내부에 150Ω의 TTD 모듈을 가지는 RF 전송 시스템의 개략적인 블록도.
본 발명의 실시예들은 RF 전송 라인들의 하나 이상의 특징들이 증가된 특성 임피던스를 제공하기 위해 형성되어 있는, 삽입 손실들을 감소시키는 선택적으로 증가된 특성 임피던스를 가지는 RF MEMS 전송 시스템에 관계된다. RF 전송 라인은 그것을 제작하는 동안에 향상된 수율들을 제공하도록 그것의 내구성(durability)을 증가시키도록 추가로 구성될 수 있다.
TTD 빔 형성기 또는 모듈로부터의 RF 입력들을 수신하는 방사 안테나 소자들을 포함하는 레이다 시스템의 형태로 된 RF MEMS 전송 시스템에서 사용하기 위한 본 발명의 실시예들이 아래에 도시되고 설명된다. 하지만, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 구체적으로 도시되고 설명된 것들 외의 다른 RF 전송 시스템들로 구현될 수 있다는 것이 인지된다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에서 설명된 특정 RF MEMS 전송 시스템에만 국한되는 것으로 의도되는 것이 아니고 다른 RF MEMS 전송 시스템들에서 활용될 수 있다. 또, 본 명세서에서 아래에 구체적으로 개시되는 TTD 빔 형성기가 레이다 시스템에서 활용되는 것인데 반해, MEMS 스위치들과 RFT 전송 라인들을 활용하는 다른 RF MEMS 전송 장치가 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 인지된다는 것이 인지된다.
먼저 도 1을 참조하면, 레이다 시스템(10)(또는 대안적으로 "RF 전송 시스템")이 본 발명의 일 실시예에 따라 예시된다. 레이더 시스템(10)은 신호들를 송수신하기 위한 다수의 방사 소자(14)들로 구성된 안테나(12)를 포함한다. 이들 방사 안테나 소자(14)들은 소정의 파장을 가지는 RF 변조된 신호와 같은 RF 입력을 제공하는 소스(16)에 의해 공급된다(fed). 이러한 RF 입력은 스플리터/컴바이너(splitter/combiner)(20)를 통해 각각의 안테나 소자(14)에 대응하는 TTD 빔 형성기 또는 모듈(22)에 송신/수신 스위치(18)에 의해 전송된다. 제어기(24)는 시간 지연된 신호를 생성하는 방식으로 TTD 모듈(22) 내에서 스위칭 소자들을 선택적으로 제어하는 신호들을 드라이버 다이(driver die)(26)로 구동시킨다. 이들 TTD 모듈(22)들은 각각의 안테나 소자(14)에 시간 지연된 신호를 출력한다. 안테나 소자(14)들에 의해 수신된 신호들은 스플리터/컴바이너(20)를 통해 수신기(28)에 전송된다. 도 1에는 구체적으로 예시되지 않지만, 본 발명의 실시예들은 수직, 수평, 및 원형 분극(polarization)들의 독립적인 빔 제어를 위해 구성될 수 있고, 각 분극을 위한 회로를 제어하는 별도의 빔을 포함할 수 있다는 점이 예상된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 레이다 시스템 또는 RF 전송 시스템에서 통합된 TTD 모듈(22)의 개략적인 평면도이다. TTD 모듈(22)은 시간 지연 스테이지들(32, 34, 36, 38)의 3개의 세트들을 포함하기 위해 베이스 기판(56) 상에 패터닝된 신호 라인 또는 마이크로스트립 전송 라인(30)을 포함한다. 마이크로스트립 전송 라인(30)은 관련 분야에서 알려진 것과 같은 증착, 패터닝, 및/또는 에칭 기술을 사용하여 형성된다. 바람직한 일 실시예에서, 베이스 기판(56)은 감소된 전류 누설과 향상된 스위치 채널 격리를 제공하는 용융 실리카(fused silica)로 형성된다. 대안적인 실시예들에 따르면, 베이스 기판(56)은 절연성, 반절연성 재료, 또는 유리, 알루미나, 세라믹, LTCC, HTCC, 석영, 폴리이미드, 갈륨 비소(gallium arsenide), 실리콘, 또는 게르마늄과 같은, 하지만 이들에 국한되지 않는 반전도성 재료일 수 있다. 대안적으로, 베이스 기판(56)은 스위칭 소자들 또는 스위치들(44, 46) 및 마이크로스트립 전송 라인(30)을 포함하도록 가공된 반도체 웨이퍼일 수 있다.
마이크로스트립 전송 라인(30)은 예를 들면 구리, 금, 텅스텐/니켈/금 적층체(stack)과 같은 임의의 전도성 재료이거나 또 다른 공통 패키징 재료일 수 있다. 도시된 것처럼, 마이크로스트립 전송 라인(30)은, 지연 스테이지들(32, 34, 36, 38)이TTD 모듈(22)의 RF 신호 입력(40)에 결합된 제1 지연 스테이지(32)와 TTD 모듈(22)의 RF 신호 출력(42)에 결합된 제4 지연 스테이지(38)와 직렬로 연결되도록 패터닝된다. 지연 스테이지들(32, 34, 36, 38) 각각은 아래에 추가로 상세히 기술된 바와 같이, 각각의 안테나 소자(14)에 보내진 전송 신호에서 누적 시간 지연을 삽입하기 위해 온 위치 또는 오프 위치에서 선택적으로 제어되는 입력 전자 스위칭 소자(44) 및 출력 전자 스위칭 소자(46)를 포함한다(도 1). 여기서는 소자들(40, 42)이 각각 입력 및 출력으로서 기술되지만, 소자들(40, 42)의 기능성은 소자(40)가 RF 신호 출력이고 소자(42)가 RF 신호 입력이 되도록 반대로 될 수 있다는 점이 예상된다. 유사하게, RF 신호가 RF 신호 소자(40)로부터 RF 신호 소자(42)로 TTD 모듈(22)을 통해 이동할 때, 스위칭 소자들(44, 46)은 각각의 지연 라인들(48, 50, 52, 54)의 각각의 "입력" 및 "출력" 스위칭 소자들로서 기능하고, 신호가 반대 방향으로 이동할 때에는 각각 "출력" 및 "입력" 스위칭 소자들로서 기능하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 지연 스테이지(32)는 TTD 모듈(22)의 베이스 기판(56) 상에 패터닝된 4개의 마이크로스트립 시간 지연 라인들(48, 50, 52, 54)을 포함한다. 지연 라인들(48, 50, 52, 54)은 RF 입력 신호에 상이한 시간 지연들을 주는 상이한 길이들을 가진다. 지연 라인(48)은 길이(L1)를 가지고, 지연 라인(50)은 길이(L2)를 가지며, 지연 라인(52)은 길이(L3)를 가지고, 지연 라인(54)은 길이(L4)를 가지며, L1<L2<L3<L4이다. 전송 신호의 위상은 지연 라인들(48, 50, 52, 54)에 의해 주어진 시간 지연에 비례하여 시프트되고, 가장 길 지연 라인(54)이 가장 큰 시간 지연을 준다.
제2, 제3, 및 제4 지연 스테이지들(34, 36, 38)은 제1 지연 스테이지(32)와 유사한 방식으로 형성되고, 이 경우 지연 스테이지(34, 36, 38) 각각은 베이스 기판(56) 상에 패터닝된 다양한 길이들을 갖는 4개의 마이크로스트립 시간 지연 라인들(48 내지 54)을 포함한다. 라인 세그먼트들(58, 60, 62)이 지연 스테이지들(32 내지 38)을 상호연결한다. 전술한 것과 유사한 방식으로 스위치들의 나머지 쌍들이 개방 위치에서 유지되면서, 4개의 마이크로스트립 지연 라인들(48 내지 54) 중 하나에서 주어진 쌍의 스위치들(44, 46)을 선택적으로 폐쇄함으로써 각각의 다음 지연 스테이지(34 내지 38)에 의해 입력 신호에 추가적인 위상 시프트가 주어진다.
스위칭 장치들(44, 446)은 각 마이크로스트립 지연 라인(48 내지 54)의 단자 입력과 단자 출력에서 각각 베이스 기판(56) 상에 위치한다. 예시된 실시예에서, 제1 지연 스테이지(32)와 제3 지연 스테이지(36)의 마이크로스트립 지연 라인들(48 내지 54)은 별 또는 팬 아웃(star or fan out) 구성을 가지게 구성되고, 제2 지연 스테이지(34)와 제4 지연 스테이지(38)의 마이크로스트립 지연 라인들(48 내지 54)은 선형 구성을 가지게 구성된다. 하지만, 지연 스테이지들은 특별한 적용예의 설계 사양에 기초하여 임의의 개수의 대안적인 구성들을 가지게 구성될 수 있다는 점이 예상된다.
본 명세서에 개시된 TTD 모듈(22)은 256개 상태 빔 형성기(state beam former)로서 설계되고, 4개의 지연 스테이지들과 360°지연/위상 시프트 범위(phase/shift range)를 갖는다. TTD 모듈(22)은 전체 Ku-밴드에 걸쳐 또는 10㎓ 내지 15㎓ 대역폭에 걸쳐 동작 가능하다. 하지만, 본 명세서에서 개시된 개념들은 임의의 개수의 지연 스테이지들을 가지는 TTD 모듈들까지 확대될 수 있고 이 경우 지연 스테이지들의 개수와 개별 지연 라인들의 그러한 스테이지들 내의 길이는 바라는 양의 지연과 특별한 적용예에 대한 결과로서 생기는 빔 스티어링 솔루션(solution)에 기초하여 결정된다. 마찬가지로, 본 명세서에서 개시된 TTD 모듈(22)의 치수들은 대략 9㎜×7.5㎜이지만, 당업자라면 TTD 모듈(22)의 치수들이 특별한 적용예의 설계 사양들에 기초하여 바뀔 수 있다는 점을 인지할 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 스위치들(44, 46)은 TTD 모듈(22)이 "RF MEMS 전송 장치"라고 불릴 수 있도록, MEMS 장치들로서 제공된다. MEMS 스위치들(44, 46)은 다중 증착(multiple deposition), 양극 산화(anodization), 패터닝, 및 에칭 단계들을 수반하는 빌드-업(build-up) 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 전형적인 일 실시예에서, MEMS 스위치들(44, 46)은 옴 접촉(ohmic contact) 스위치 메커니즘으로서 예시되는 도 3에 도시된 MEMS 스위치(64)와 유사한 구성을 가진다. MEMS 스위치(64)는 예를 들면, 캔틸레버식 빔(cantilevered beam)과 같은 이동 가능한 소자(68)와 접점(66)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이동 가능한 소자(68)는 이동 가능한 소자(68)와 통합되고 베이스 기판(56)과 같은 기초가 되는(underlying) 지지 구조물에 이동 가능한 소자(68)를 연결하는 역할을 할 수 있는 앵커(anchor)에 의해 지지될 수 있다. 예시된 실시예에서 이동 가능한 소자(68)는 공통 빔 부분에 연결된 2개의 캔틸레버 부분들을 포함하는 캔틸레버식 빔이다. 하지만, 이동 가능한 소자(68)는 다른 실시예들에서는 대안적인 기하학적 형태들을 가지게 구성될 수 있다는 점이 예상된다. 접점(66), 캔틸레버식 빔(68), 및 전극(70)은 적어도 부분적으로는 비제한적인 예들로서 금, 금 합금, 니켈, 니켈 합금, 백금, 탄탈륨, 및 텅스텐과 같은 적어도 하나의 전도성 재료로 형성된다. 스위치(64)는 또한 전극(70)과 캔틸레버식 빔(68) 사이의 전위차를 초래하는 전극 또는 구동 수단(70)을 포함한다.
도 3에 도시된 것처럼, 접점(66)과 스위치(44)의 이동 가능한 소자(68)는 베이스 기판(56) 상에 패터닝된 2개의 마이크로스트립 라인들(72a, 72b) 사이에 형성되고, 마이크로스트립 라인들(74a, 74b) 사이에 위치한 전극(70)을 갖는다. 스위치(44)는, 스위치(44)가 마이크로전자기계 장치, 나노전자기계 장치, 또는 MEMS의 일부를 구성하도록, 예를 들면, 기상 증착, 전기 도금, 포토리소그래피, 습식 및 건식 에칭 등과 같은 마이크로 제작 기술을 통해 베이스 기판(56) 상에 형성될 수 있다. 그러한 일 실시예에서, 스위치(64)는 1들(ones) 또는 수십(tens) 마이크로 미터 또는 나노미터 정도(order)의 특징들을 갖도록 제작된다.
적절히 충전될 때, MEMS 스위치(64)의 전극(70)은 전극(70)과 접점(66) 쪽으로 캔틸레버식 빔(68)을 잡아당기는 정전기력을 발생시킨다. 그러므로 전극(70)은 스위치(44)에 관해 게이트로서 작용하여, 이동 가능한 소자(68)가 접점(66)으로부터 분리되는 비접촉의 또는 "개방(open)" 위치(도 4에 도시된)와 이동 가능한 소자(68)가 접점(66)과 접촉하고 접점(66)과 전기적인 통신(electrical communication)을 확립하여, 마이크로스트립 라인들(72a, 72b) 사이의 회로를 폐쇄하는 접촉하는 또는 "폐쇄된(closed)" 위치 사이에서 캔틸레버식의 이동 가능한 소자(68)로 하여금 이동하게 한다.
도 3에 도시된 것처럼, 임베드된(embedded) 마이크로스트립 구성에는 베이스 기판(56) 상에 패터닝된 마이크로스트립 라인들(72a, 72b)(그리고 마이크로스트립 전송 라인들(30), 도 2)과 마찬가지로 베이스 기판(56) 아래에 접지 층(ground layer)(74)을 포함함으로써 MEMS 스위치(그리고 도 2의 TTD 모듈(22)에서의 전체)(64)가 제공되고, 이 경우 마이크로스트립 라인들과 접지 평면 층(74)은 RF 신호를 생성하도록 유전성 기판(56)을 통해 이동하는 전자기파를 생성하기 위해 서로 상호작용한다. 도 3에는 특정 접지(grounding) 구성이 예시되지만, 예를 들면 베이스 기판(56) 상에서 마이크로스트립 전송 라인(30)에 대해 동일 평면 상으로 2개의 접지 라인들(미도시)이 제공되는 접지된 동일 평면상의 도파관 구성과 같은 대안적인 스트립라인 및 임베드된 마이크로스트립 접지 구성들을 가지는 TTD 모듈(22)이 제작될 수 있다는 점이 예상된다. 또 다른 대안적인 실시예에서는, TTD 모듈(22)이 앵커(30)와 베이스 기판(56) 위에 위치하는 반전된(inverted) 접지 평면(미도시)을 가지게 구성된다.
TTD 모듈(22)의 동작시, 예를 들면 제3 지연 스테이지(36)의 지연 라인(48)과 같은 주어진 지연 라인은, 지연 라인들(50 내지 54) 상의 스위치들(44, 46)을 개방 위치에서 유지하면서 지연 라인(48) 상의 입력 스위치(44) 및 출력 스위치(46)를 폐쇄함으로써 활성화된다. TTD 모듈(22)의 MEMS 스위치들(44, 46)은 MEMS 스위치들(44, 46)의 전극(70)에 선택적인 게이트 전압을 인가함으로써 그것들의 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 제어된다. 이러한 게이트 전압은 베이스 기판(56) 상에 패터닝된 게이팅 라인들(미도시)을 통해 제공되고, 이러한 게이팅 라인들은 스위치가 개방 위치에 있을 때, MEMS 스위치(44, 46)들의 캔틸레버된 빔(68)과 접점(66) 사이에 전위차를 확립하기 위해 파워 소스(power source)들로부터 파워를 받는 게이트 드라이버들 또는 게이트 전압원들에 MEMS 스위치(44, 46)들을 전기적으로 결합시킨다.
TTD 모듈(22)에 관해서는, 모듈의 이상적인 동작이 50Ω의 특성 임피던스에 있게 된다는 것이 인지되는데, 이는 일반적으로 RF 전송 시스템에서 발견된 부하 저항과 50Ω의 소스 저항과 매칭된다. 하지만, 모듈에서의 MEMS 장치들(44, 46)과 마이크로스트립 전송 라인(30)의 작은 사이즈로 인해 TTD 모듈에서 50Ω의 특성 임피던스를 달성하는 것이 어려울 수 있다는 점이 인지된다. 예를 들면, 특성 임피던스는 마이크로스트립 전송 라인(30)의 폭을 증가시킴으로써 TTD 모듈(22)에서 낮추어질 수 있지만, 그러한 변경은 모듈의 사이즈를 증가시키게 된다. 또 다른 예로서, 특성 임피던스는 기판이 125㎛의 두께를 가지게 형성하는 것과 같이 기판(56)의 두께를 감소시킴으로써 낮추어질 수 있지만, 그렇게 기판(56)을 얇게 하는 것은 그로 인해 발생할 수 있는 잠재적인 파손과 기판의 부서지기 쉬움으로 인해 제작하는 동안 더 빈약한 수율들을 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 특성 임피던스를 선택적으로 증가시키는 RF MEMS 전송 장치(TTD 모듈(22))에 관계된다. 전형적인 일 실시예에 따르면, TTD 모듈(22)에서의 특성 임피던스는 150Ω의 레벨까지 증가되고, 이는 마이크로스트립 전송 라인(30)과 MEMS 스위치들(44, 46)에서의 저항성 손실들의 영향을 감소시키고 RF 삽입 손실을 낮추어 패시브 빔형성기 조립체들을 가능하게 하고 양호한 신호 전송을 유지시킨다. 종래 기술의 RF MEMS 전송 시스템(76)과 본 발명의 일 실시예에 따른 RF MEMS 전송 시스템(78)의 블록 개략도들이 도 4a와 도 4b에 각각 도시된다. 도시된 것처럼, RF MEMS 전송 시스템들(76, 78) 각각은 50Ω의 특성 임피던스를 가지는 RF 소스(80)와 RF 부하(82)(예컨대, 방사하는 안테나 소자)를 포함한다. 하지만 도 4a의 종래 기술의 RF MEMS 전송 시스템(76)은 50Ω의 특성 임피던스를 가지는 4-스테이지 TTD 모듈(84)을 포함하는데 반해(아래에서 더 상세히 설명되는 것처럼 그 구성에 기초한), 도 4b의 4-스테이지 TTD 모듈(86)은 증가된 150Ω의 특성 임피던스를 가진다(아래에서 더 상세히 설명되는 것처럼 그 구성에 기초한).
도 4b에 추가로 도시된 것처럼, RF 소스(80), TTD 모듈(86), 및 RF 부하(82) 사이의 특성 임피던스 사이의 차이를 설명하기 위해 TTD 모듈(86)의 입력과 출력에서 임피던스 변환기(impedance transformer)(88)들이 제공되고, 이 경우 임피던스 변환기(88)는 이들 임피던스 값들 사이에서 전이하기 위해 필요로 하는 것과 같은 특성 임피던스를 증가/감소시킨다. 그러한 임피던스 변환기(88)는 알려진 구성을 가진 것일 수 있고 하나의 전압에서의 전류를 또 다른 전압에서 동일한 파형으로 변환하는 기능을 할 수 있으며, 예를 들면 발룬 트랜스포머(balun transformer)가 그러한 임피던스 변환을 수행하기 위한 하나의 가능한 장치/구성요소이다. 또 다른 실시예에서, 임피던스 변환기(88)는 50Ω의 "부품(part)"이 생성되는 것을 가능하게 하기 위해 TTD 모듈(86)과 동일한 기판 상에 형성될 수 있다. 즉, 임피던스 변환기(88)들은, TTD 모듈(86)이 50Ω의 장치로서 기능하면서, TTD 모듈의 일체형(integral) 부품/구성요소로 고려되도록 그것의 제작의 일부로서 TTD 모듈(86)의 베이스 기판(56)(도 2) 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 그리고 TTD 모듈(22, 86)에서의 특성 임피던스를 증가시키기 위해, 마이크로스트립 전송 라인들(30)의 폭, 기판(56)의 두께 중 하나 이상이 TTD 모듈(22, 86)의 제작 동안 서로에 대해 선택적으로 제어될 수 있다. 다시 도 3을 참조하면, 90으로 표시된 마이크로스트립 전송 라인들(72a, 72b)의 폭과 92로 표시된 기판(56)의 두께가 예시된다. 앞서 나타낸 바와 같이, 마이크로스트립 전송 라인들(72a, 72b)(그리고 일반적으로는 도 2에서의 라인(30)들)의 폭(90)이 변함에 따라 TTD 모듈(22)에서의 특성 임피던스가 변경되는데, 폭(90)이 좁아지면 특성 임피던스가 증가한다. 추가로, 기판(56)의 두께(92)가 변함에 따라 TTD 모듈(22)에서의 특성 임피던스가 변경되는데, 기판(56)이 두꺼워지면 특성 임피던스가 증가한다. 마이크로스트립 전송 라인들(72a, 72b)의 길이(94)와 두께(96) 그리고 기판(56)와 마이크로스트립 전송 라인들(72a, 72b)의 재료 특성들(예컨대, 갈륨 비소(GaAs) 기판과 구리 라인들)의 조합으로 취해질 때, 기판 두께(56)와 마이크로스트립 전송 라인 폭(90)의 다양한 조합들이 TTD 모듈(22)에서의 바라는 특성 임피던스를 달성하기 위해 가능하고, 그러한 조합들의 예들은 여기서 아래 표 1에 제공되며, 그러한 두께들/폭들은 종래 기술의 50Ω TTD 모듈과 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 150Ω TTD 모듈에 대해 제공되어 있다.
| 마이크로스트립 폭(㎛) | 마이크로스트립 두께(㎛) | 기판 두께 (㎛) |
특성 임피던스 (Ω) |
저항성 손실 (㏈/㎜) |
|
| 1번 모듈 (종래 기술) |
270 | 1 | 125 | 49.920 | 0.0118 |
| 2번 모듈 | 18 | 1 | 125 | 148.888 | 0.0417 |
| 3번 모듈 | 70 | 1 | 500 | 151.277 | 0.0121 |
| 4번 모듈 | 42 | 1 | 300 | 150.843 | 0.0193 |
표 1에서는 대략 150Ω(즉, 150±0.0 내지 1.3Ω)의 특성 임피던스를 갖는 각각의 TTD 모듈이 대략 50Ω의 특성 임피던스를 갖는 TTD 모듈에서의 저항성 손실에 비해 저항성 손실(㏈/㎜)이 증가된 것을 볼 수 있지만, TTD 모듈들에서의 전체적인 저항성 손실은 MEMS 스위치들(44, 46)의 접촉 저항에 의해 지배된다는 것이 인지된다. 또, TTD 모듈에서의 저항성 손실의 전체적인 영향은 TTD 모듈의 특성 임피던스에 대한 상대적인 것이라는 점이 인지되고, 이 경우 저항성 손실의 영향은 TTD 모듈의 특성 임피던스가 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 50Ω과 150Ω의 특성 임피던스를 갖는 TTD 모듈들에 대해서는 150Ω TTD 모듈에 대한 삽입 손실들은 50Ω TTD 모듈에 비해 크게 감소된다. 도 4a 및 도 4b의 TTD 모듈들(84, 86)을 일 예로서 사용하고, 각 TTD 모듈이 RF 신호가 통과해야 하는 최소 8개의 MEMS 스위치들이 있는 RF 신호 경로를 가진다고 가정하면, 삽입 손실(Insertion loss)들은
삽입 손실(도 4a) = 10 * log10(50/58) = 0.65 dB
삽입 손실(도 4b) = 10 * log10(150/158) = 0.225 dB
와 같이 규정된다.
즉, 50Ω의 특성 임피던스보다 150Ω의 특성 임피던스를 가지기 위해 TTD 모듈을 구성함으로써 50Ω의 TTD 모듈에서 삽입 손실에 있어서의 대략 65% 감소가 달성될 수 있다는 것이 보여진다. 높은 임피던스의 TTD 모듈(86)에서의 이러한 삽입 손실의 감소는 TTD 모듈에 의해 소비된 DC 전력의 감소를 수반하게 된다.
TTD 모듈(86)을 갖는 임피던스 변환기(88)들(TTD 모듈의 입력들/출력들에 위치하거나 그것의 부분이도록 TTD 모듈과 동일한 기판 상에 형성된)의 사용이 RF 전송 시스템의 대역폭을 감소시키는 역할을 하는 것으로 인지되지만, 이러한 감소는 시스템 동작에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 즉, 레이다 시스템(10)(도 1)에서의 안테나 소자(14)가 이미 시스템의 대역폭을 제한하기 때문에, RF 전송 시스템에 임피던스 변환기(88)를 포함하는 것은 시스템 대역폭에 어떠한 추가적인 부정적인 영향도 미치지 않는다.
따라서 유익하게, 본 발명의 실시예들은 삽입 손실들을 감소시키고 시스템에서의 RF 전송 라인들의 수율들을 향상시키고/향상시키거나 시스템의 평면 형상의(planar) 공간을 최소화하는 선택적으로 증가된 특성 임피던스를 가지는 RF MEMS 전송 장치(TTD 모듈과 같은)를 제공한다. 특성 임피던스의 증가는 100㎛와 500㎛ 사이의 두께까지와 같이, 마이크로스트립 전송 라인들이 형성되는 기판을 두껍게 하는 것을 통해 달성될 수 있고, 이 경우 그러한 기판을 두껍게 하는 것은 또한 그것을 제작하는 동안 더 큰 안정성을 제공하여 웨이퍼 파손의 위험을 감소시키고 라인 수율(line yield)을 향상시킨다(예컨대, 20% 수율로부터 80% 수율까지의 증가). 특성 임피던스의 증가는 또한 20㎛와 200㎛ 사이의 폭까지와 같이 마이크로스트립 전송 라인들을 좁아지게 하는 것을 통해 달성될 수 있고, 이 경우 마이크로스트립 전송 라인들을 좁아지게 하는 것은 또한 RF 전송 시스템의 평면 형상의 공간을 감소시키는 것을 허용한다. 기판을 두껍게 하는 것 및/또는 마이크로스트립 전송 라인들을 좁아지게 하는 것은, 예를 들면 150Ω과 같은 바라는 증가된 임피던스를 달성하도록 선택 프로세스에 따라 선택적으로 최적화될 수 있다. 임피던스 변환기들은 높은 임피던스의 RF MEMS 전송 시스템과 더 낮은 임피언스의 RF 소스 및 RF 부하 사이의 임피던스 매칭을 수행하기 위해 이용될 수 있고, 이 경우 임피던스 변환기들은 시스템의 대역폭을 이미 제한하는 시스템에서의 안테나 소자들에 기초한 시스템 대역폭에 역효과를 미치지 않아야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, RF 전송 시스템은 RF 입력을 제공하는 RF 소스와 그것으로부터 RF 입력을 수신하고 RF 부하에 전송을 위한 출력 신호들을 발생시키기 위해 RF 소스에 결합된 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들을 포함한다. 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들 각각은 기판, RF MEMS 전송 장치의 신호 입력과 RF MEMS 전송 장치의 신호 출력 사이에 신호 전송 경로들을 제공하기 위해 기판 상에 형성된 전도성 라인, 및 상기 전도성 라인을 따라 위치하고 신호 입력과 신호 출력 사이에 신호 전송 경로들을 규정하도록 선택적으로 제어 가능한 복수의 스위칭 소자들을 포함한다. RF 소스와 RF 부하 각각은 제1 특성 임피던스를 가지고 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들은 제1 특성 임피던스보다 큰 제2 특성 임피던스를 가진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, RF MEMS 전송 장치의 제조방법은 기판을 형성하는 단계, 상기 기판의 상면(top surface)상에, 복수의 라인부(line portion)들을 포함하는 신호 라인을 형성하는 단계, 및 신호 라인에 MEMS 스위칭 장치를 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 MEMS 스위칭 장치는 RF 신호를 전송하기 위해 상기 신호 라인의 각각의 라인부들을 선택적으로 결합하고 분리하기 위해 폐쇄 위치와 개방 위치에서 동작 가능하다. 기판과 신호 라인을 형성하는 단계는, 신호 라인의 길이 및 두께와 기판 및 신호 라인의 재료 특성들과 조합하여 취해질 때, RF MEMS 전송 장치의 특성 임피던스가 RF MEMS 전송 장치가 연결되는 RF 부하와 RF 소스의 50Ω 특성 임피던스보다 높도록 기판의 두께와 신호 라인의 폭을 서로에 대하여 선택적으로 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, RF MEMS 전송 장치는 두께를 가지는 기판, 상기 기판의 상면 상에 배치된 복수의 MEMS 장치들, 및 상기 기판의 상면 상에 형성된 전도성 신호 라인들을 포함하고, 이 경우 전도성 신호 라인들은 각각 길이, 폭, 및 두께를 가진다. 기판의 두께와 전도성 신호 라인들의 폭은, 기판의 두께 및 전도성 신호 라인들의 길이, 폭, 및 두께 중 다른 것들과 조합하여 취해질 때, RF MEMS 전송 장치의 특성 임피던스가 대략적으로 150Ω이도록 정해진다.
이러한 기술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하기 위해 예들을 사용하고 또한 임의의 장치들 또는 시스템들을 만들고 사용하는 것과 임의의 통합된 방법들을 수행하는 것을 포함하여 본 발명을 당업자가 실시하는 것을 가능하게 하기 위해 예들을 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범주는 청구항들에 의해 규정되고, 당업자에게 일어나는 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들은 만약 그것들이 청구항들의 어구에 충실한(literal) 언어와는 상이하지 않은 구조적 요소들을 가진다면 또는 그것들이 청구항들의 어구에 충실한 언어들과는 대단치 않은(insubstantial) 차이들을 갖는 동등한 요소들을 가진다면 청구항들의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.
본 발명이 오로지 제한된 개수의 실시예들과 관련되어 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 그러한 개시된 실시예들에 국한되지 않는다는 점이 바로 이해되어야 한다. 오히려, 본 발명은 지금까지 기술되지 않았지만 본 발명의 취지 및 범주와 잘 맞는 임의의 개수의 변형예들, 대안예들, 대체예들 또는 동등한 배치예(arrangement)들을 통합하도록 수정될 수 있다. 추가로, 본 발명의 다양한 실시예들이 기술되었지만, 본 발명의 양태들은 기술된 실시예들의 일부만을 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 전술한 기술 내용에 의해 제한되는 것으로 보아서는 안 되고 첨부된 청구항들의 범주에 의해 의해서만 제한된다.
Claims (21)
- 무선 주파수(RF) 전송 시스템에 있어서:
RF 입력을 제공하는 RF 소스;
상기 RF 소스로부터 상기 RF 입력을 수신하고 RF 부하에 전송하기 위한 출력 신호들을 생성하기 위해 상기 RF 소스에 결합되는 하나 이상의 RF MEMS(radio frequency microelectromechanical system) 전송 장치들을 포함하고,
상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들 각각은:
기판;
상기 RF MEMS 전송 장치의 신호 입력과 상기 RF MEMS 전송 장치의 신호 출력 사이에 신호 전송 경로들을 제공하기 위해 상기 기판상에 형성되는 전도성 라인(conducting line); 및
상기 전도성 라인을 따라 위치하고 상기 신호 입력과 상기 신호 출력 사이에 상기 신호 전송 경로들을 규정하도록 선택적으로 제어 가능한 복수의 스위칭 소자들을 포함하고,
상기 RF 소스와 상기 RF 부하 각각은 제1 특성 임피던스(first characteristic impedance)를 가지고 상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들은 상기 제1 특성 임피던스보다 큰 제2 특성 임피던스를 가지는, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 RF 소스의 상기 제1 특성 임피던스를 증가시키고 상기 RF 소스의 상기 제1 특성 임피던스를 상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들의 상기 제2 특성 임피던스에 매칭하기 위해 상기 RF 소스와 상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들 사이에 위치하는 제1 임피던스 변환기(impedance transformer); 및
상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들의 상기 제2 특성 임피던스를 감소시키고 상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들의 상기 제2 특성 임피던스를 상기 RF 부하의 상기 제1 특성 임피던스에 매칭하기 위해 상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들과 상기 RF 부하 사이에 위치하는 제2 임피던스 변환기를 더 포함하는, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 임피던스 변환기 및 상기 제2 임피던스 변환기는 상기 RF MEMS 전송 장치들과는 별개인 구성요소들로서 제공되거나 상기 RF MEMS 전송 장치들의 일부가 되도록 상기 RF MEMS 전송 장치들의 기판상에 형성되는, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 RF 소스 및 상기 RF 부하의 상기 제1 특성 임피던스는 50Ω(Ohms)이고 상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들의 상기 제2 특성 임피던스는 150Ω인, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 기판은 두께를 가지고, 상기 전도성 라인들 각각은 길이, 폭, 및 두께를 가지며, 상기 기판의 상기 두께와 상기 전도성 라인들의 상기 폭 중 적어도 하나는, 상기 기판의 상기 두께 및 상기 전도성 라인들의 길이, 폭, 및 두께 중 다른 것들과 조합하여 취해질 때, 상기 RF MEMS 전송 장치의 상기 특성 임피던스가 150Ω이도록 정해지는, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제5 항에 있어서,
상기 기판의 상기 두께는 100미크론과 500미크론 사이에 있는, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제5 항에 있어서,
상기 전도성 라인들의 폭은 20미크론과 200미크론 사이에 있는, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 특성 임피던스에서 상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들의 동작은 상기 제1 특성 임피던스에서의 동작에 비해 내부의 삽입 손실들을 감소시키는, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 RF MEMS 전송 장치들 각각은 TTD(true time delay) 모듈을 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자들은:
상기 복수의 시간 지연 라인(time delay line)들 각각의 제1 단부(first end)에 위치하는 입력 스위칭 소자; 및
상기 복수의 시간 지연 라인들 각각의 제2 단부(second end)에 위치하는 출력 스위칭 소자를 포함하며,
상기 입력 스위칭 소자와 상기 출력 스위칭 소자는 상기 신호 입력과 상기 신호 출력 사이에서 다양한 길이들을 갖는 신호 전송 경로들을 형성하기 위해 전도성 상태와 비전도성 상태 사이에서 선택적으로 제어 가능한, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 기판은 유리, 알루미나, 세라믹, LTCC, HTCC, 석영, 폴리이미드, 갈륨 비소, 실리콘, 또는 게르마늄 중 하나를 포함하는, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 기판에 부착되는 접지 평면(ground plane)을 더 포함하고, 상기 접지 평면과 상기 전도성 라인은 상기 RF MEMS 전송 장치를 위한 RF 전송 라인을 형성하는, 무선 주파수(RF) 전송 시스템. - RF MEMS 전송 장치의 제조방법에 있어서:
기판을 형성하는 단계;
상기 기판의 상면(top surface)상에, 복수의 라인부(line portion)들을 포함하는 신호 라인을 형성하는 단계;
상기 신호 라인에 MEMS 스위칭 장치를 결합시키는 단계로서, 상기 MEMS 스위칭 장치는 통과하는 RF 신호를 전송하기 위해 상기 신호 라인의 각각의 라인부들을 선택적으로 결합하고 분리하기 위해 폐쇄 위치와 개방 위치에서 동작 가능한, 상기 신호 라인에 MEMS 스위칭 장치를 결합시키는 단계를 포함하고,
상기 기판과 상기 신호 라인을 형성하는 단계는, 상기 신호 라인의 길이 및 두께와 기판 및 신호 라인의 재료 특성들과 조합하여 취해질 때, RF MEMS 전송 장치의 특성 임피던스가 상기 RF MEMS 전송 장치가 연결되는 RF 부하와 RF 소스의 50Ω 특성 임피던스보다 높도록, 상기 기판의 두께와 상기 신호 라인의 폭을 서로에 대하여 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는, RF MEMS 전송 장치의 제조방법. - 제12 항에 있어서,
상기 기판의 두께와 상기 신호 라인의 폭은 150Ω의 상기 RF MEMS 전송 장치에서 특성 임피던스를 제공하도록 선택적으로 제어되는, RF MEMS 전송 장치의 제조방법. - 제13 항에 있어서,
상기 50Ω의 RF 소스 및 RF 부하와 상기 150Ω의 RF MEMS 전송 장치 사이의 임피던스 매칭을 제공하도록, 상기 RF MEMS 전송 장치의 신호 입력 및 신호 출력 각각에서 임피던스 변환기를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 임피던스 변환기들은 상기 RF MEMS 전송 장치의 상기 기판상에 형성되거나 별도의 그리고 별개의 구성요소들로서 제공되어 지는, RF MEMS 전송 장치의 제조방법. - 제14 항에 있어서,
상기 신호 라인의 상기 복수의 라인부들은, TTD 모듈을 형성하도록 상기 RF MEMS 전송 장치의 상기 신호 입력과 상기 신호 출력 사이의 대체 경로(alternative path)들을 규정하는 복수의 지연 라인들을 포함하는, RF MEMS 전송 장치의 제조방법. - 제12 항에 있어서,
상기 기판의 두께와 상기 신호 라인의 폭을 선택적으로 제어하는 단계는 100미크론과 500미크론 사이의 두께를 가지기 위해 기판을 형성하고 20미크론과 200미크론 사이의 폭을 가지기 위해 신호 라인을 형성하는 단계를 포함하는, RF MEMS 전송 장치의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/786,696 US10326200B2 (en) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | High impedance RF MEMS transmission devices and method of making the same |
| US15/786,696 | 2017-10-18 | ||
| PCT/US2018/048090 WO2019078952A1 (en) | 2017-10-18 | 2018-08-27 | HIGH IMPEDANCE RF MEMS TRANSMISSION DEVICES AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200059304A KR20200059304A (ko) | 2020-05-28 |
| KR102562909B1 true KR102562909B1 (ko) | 2023-08-02 |
Family
ID=66097537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020207013786A KR102562909B1 (ko) | 2017-10-18 | 2018-08-27 | 고임피던스 ｒｆ ｍｅｍｓ 전송 장치들과 그것의 제조방법 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10326200B2 (ko) |
| EP (1) | EP3698429A4 (ko) |
| JP (1) | JP7217748B2 (ko) |
| KR (1) | KR102562909B1 (ko) |
| CN (1) | CN111226347B (ko) |
| WO (1) | WO2019078952A1 (ko) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110127593A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-08-16 | 中北大学 | 一种星型单刀四掷射频开关 |
| CN110706981A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-17 | 中北大学 | 一种结合单刀四掷开关的射频mems四路蛇形延时器 |
| US11180366B2 (en) | 2020-03-23 | 2021-11-23 | General Electric Company | Methods for forming a MEMS device layer on an active device layer and devices formed thereby |
| CN113782972A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-12-10 | 北京邮电大学 | 一种多波段可重构微带天线 |
| DE102021212216A1 (de) | 2021-10-29 | 2023-05-04 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Hochfrequenz-Filtervorrichtung, Hochfrequenzmodul und Hochfrequenz-Filterverfahren |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4649393A (en) * | 1984-02-17 | 1987-03-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Phased array antennas with binary phase shifters |
| US5541614A (en) * | 1995-04-04 | 1996-07-30 | Hughes Aircraft Company | Smart antenna system using microelectromechanically tunable dipole antennas and photonic bandgap materials |
| US5757319A (en) | 1996-10-29 | 1998-05-26 | Hughes Electronics Corporation | Ultrabroadband, adaptive phased array antenna systems using microelectromechanical electromagnetic components |
| US6191735B1 (en) * | 1997-07-28 | 2001-02-20 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Time delay apparatus using monolithic microwave integrated circuit |
| US6281838B1 (en) * | 1999-04-30 | 2001-08-28 | Rockwell Science Center, Llc | Base-3 switched-line phase shifter using micro electro mechanical (MEMS) technology |
| US6307519B1 (en) | 1999-12-23 | 2001-10-23 | Hughes Electronics Corporation | Multiband antenna system using RF micro-electro-mechanical switches, method for transmitting multiband signals, and signal produced therefrom |
| US6741207B1 (en) * | 2000-06-30 | 2004-05-25 | Raytheon Company | Multi-bit phase shifters using MEM RF switches |
| US6535091B2 (en) | 2000-11-07 | 2003-03-18 | Sarnoff Corporation | Microelectronic mechanical systems (MEMS) switch and method of fabrication |
| US6650291B1 (en) | 2002-05-08 | 2003-11-18 | Rockwell Collins, Inc. | Multiband phased array antenna utilizing a unit cell |
| US7253699B2 (en) | 2003-05-12 | 2007-08-07 | Hrl Laboratories, Llc | RF MEMS switch with integrated impedance matching structure |
| US7068220B2 (en) | 2003-09-29 | 2006-06-27 | Rockwell Scientific Licensing, Llc | Low loss RF phase shifter with flip-chip mounted MEMS interconnection |
| US7157993B2 (en) * | 2003-09-30 | 2007-01-02 | Rockwell Scientific Licensing, Llc | 1:N MEM switch module |
| US7724189B2 (en) * | 2004-11-24 | 2010-05-25 | Agilent Technologies, Inc. | Broadband binary phased antenna |
| US7570133B1 (en) * | 2006-03-23 | 2009-08-04 | Lockheed Martin Corporation | Wideband passive amplitude compensated time delay module |
| US20090027268A1 (en) | 2006-08-15 | 2009-01-29 | Coward James F | Multi Beam Photonic Beamformer |
| DE102007027155A1 (de) | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Wellenleiter-System mit differenziellem Wellenleiter |
| CN101202369B (zh) * | 2007-12-11 | 2011-12-07 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种小型化mems开关线移相器 |
| JP5344736B2 (ja) * | 2008-02-20 | 2013-11-20 | 太陽誘電株式会社 | 基材、通信モジュール、および通信装置 |
| CN101834339A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-09-15 | 电子科技大学 | 一种基片集成波导结构延迟线 |
| WO2014142885A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Viasat, Inc. | Wideband true time delay circuits for antenna architectures |
| EP3188308B1 (en) * | 2015-12-29 | 2019-05-01 | Synergy Microwave Corporation | Microwave mems phase shifter |
| US10594030B2 (en) * | 2017-02-01 | 2020-03-17 | General Electric Company | True time delay module and beam former having plural delay lines selectively connected by plural switching elements including one or more intermediate switching element |
-
2017
- 2017-10-18 US US15/786,696 patent/US10326200B2/en active Active
-
2018
- 2018-08-27 KR KR1020207013786A patent/KR102562909B1/ko active IP Right Grant
- 2018-08-27 JP JP2020521589A patent/JP7217748B2/ja active Active
- 2018-08-27 CN CN201880066919.7A patent/CN111226347B/zh active Active
- 2018-08-27 WO PCT/US2018/048090 patent/WO2019078952A1/en unknown
- 2018-08-27 EP EP18869267.7A patent/EP3698429A4/en active Pending
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LI-YA MA et al., A K-Band Switched-Line Phase Shifter Using Novel Low-VoltageLow-Loss RF-MEMS Switch, 2017.08.23, 1부.* |
| SIAMAK FOULADI et al., CMOS-MEMS Tuning and Impedance Matching Circuits forReconfigurable RF Front-Ends, 2012.06.17, 1부.* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019078952A1 (en) | 2019-04-25 |
| CN111226347A (zh) | 2020-06-02 |
| KR20200059304A (ko) | 2020-05-28 |
| CN111226347B (zh) | 2021-05-07 |
| EP3698429A1 (en) | 2020-08-26 |
| US10326200B2 (en) | 2019-06-18 |
| JP7217748B2 (ja) | 2023-02-03 |
| JP2021500793A (ja) | 2021-01-07 |
| EP3698429A4 (en) | 2021-07-07 |
| US20190115659A1 (en) | 2019-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102562909B1 (ko) | 고임피던스 ｒｆ ｍｅｍｓ 전송 장치들과 그것의 제조방법 | |
| US6069587A (en) | Multiband millimeterwave reconfigurable antenna using RF mem switches | |
| US6624720B1 (en) | Micro electro-mechanical system (MEMS) transfer switch for wideband device | |
| US10594030B2 (en) | True time delay module and beam former having plural delay lines selectively connected by plural switching elements including one or more intermediate switching element | |
| CN111201724B (zh) | 真延时波束成形器及操作方法 | |
| CN111048877B (zh) | 具有不对称接地的微型慢波传输线和相关移相器系统 | |
| JPH11513227A (ja) | 同平面ミキサ組立体 | |
| US6714169B1 (en) | Compact, wide-band, integrated active module for radar and communication systems | |
| JP2006261801A (ja) | マルチバンド対応マイクロストリップアンテナ及びそれを用いたモジュールとシステム | |
| CN104183425B (zh) | 一种射频mems单刀双掷开关 | |
| US6728432B1 (en) | Highly adaptable heterogeneous power amplifier IC micro-systems using flip chip and micromechanical technologies on low loss substrates | |
| Jaiswal et al. | Surface micromachined RF MEMS SP9T switch for 60 GHz ISM band antenna sectoring applications | |
| US20240087828A1 (en) | Mems switch for rf applications | |
| WO2018159185A1 (ja) | スイッチ装置 | |
| CN117293541A (zh) | 基于单刀三掷mems开关的ka波段方向图可重构天线 | |
| Narang et al. | Effect of Actuation electrode design on RF Performance of RF MEMS shunt switch | |
| Emhemmed et al. | Reconfigurable Integrated Patch Antenna for G-Band Applications | |
| Shajahan et al. | Inductive Tuned High Isolation RF MEMS Capacitive Shunt Switches | |
| McErlean et al. | Electromagnetic design of in-line high power RF MEMS switches for reconfigurable antennas | |
| JP2007035328A (ja) | マイクロマシンスイッチ及び電子機器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |