Conception, simulation and measurements of different reconfigurable circuits using RF MEMS switches and PCM switches
Conception, simulation et mesures de différents circuits reconfigurables utilisant des commutateurs MEMS RF et des commutateurs à matériaux à changement de phase (PCM)
Résumé
This manuscript represents the thesis work that mainly deals with the design of RF MEMS switches for reconfigurable circuits. A solution that solves the problem of trapping phenomenon in the dielectric of the switch has been proposed using Ta/Ta2O5 dielectric. This RF MEMS switch, operating at a frequency of 20 GHz, has showed reliable operation without the occurrence of the dielectric-trapping phenomenon. It also gave a high capacitance value of 350 fF and a high capacitive contrast of seven. These components are then integrated into the design of a reflective type phase shifter using the Lange hybrid coupler. The phase shifter guaranteed a 180° phase shift, low insertion losses as well as good isolation below -23 dB.Other RF MEMS switches, using Au/SiN actuation electrode, are used in the design of a 2-bit and a 3-bit phase shifter. The 2-bit phase shifter demonstrated the ability to have a smooth phase shift of 0°, 96° and 186° with an approximate step size of 90°. The PCM phase change materials switches, designed in our XLIM laboratory, were also tested for the design of a phase shifter. The conceived circuit was able to reach the 180° phase shift with, however, high insertion losses. In the last project, we detailed a design of an LC reconfigurable impedance tuner. This impedance adapter is tested on the WolfSpeed CGH40010F transistor and demonstrated a good matching at the output of the transistor at 5 GH. The design of the tuner and its integration into a PCB card on a FR4 substrate are still, however, a matter of concern.
Ce manuscrit représente les travaux de thèse qui traitent principalement la conception des commutateurs MEMS RF pour des circuits reconfigurables. Une solution qui résout le problème du phénomène de piégeage dans le diélectrique des commutateurs a été proposée en utilisant le diélectrique Ta/Ta2O5. Ce commutateur MEMS RF, fonctionnant à une fréquence de 20 GHz, a bien démontré un fonctionnement fiable sans l’apparition du phénomène de chargement du diélectrique. Il a également donné une grande valeur de capacité de 350 fF et un contraste capacitif élevé de 7. Ces composants ont été ensuite intégré dans la conception d’un déphaseur en réflexion qui utilise le coupleur hybride de Lange. Le déphaseur a garanti un déphasage de 180°, des faibles pertes d’insertion ainsi qu’une bonne isolation inférieure à -23 dB. D’autres commutateurs MEMS RF en Au/SiN ont également été employés dans la conception d’un déphaseur à 2 bits et un autre à 3 bits. Le déphaseur à 2 bits a démontré la possibilité d’avoir un déphasage régulier de 0°,96° et 186° avec un pas approximatif de 90°. Les commutateurs à matériaux à changement de phase PCM, conçus au sein de notre laboratoire XLIM, ont également été testés pour la conception d’un déphaseur. Ce dernier a pu atteindre les 180° déphasage avec un problème de pertes d’insertions assez conséquents. Un dernier projet qui portait sur la conception d’un Tuner d’impédance reconfigurable LC a été détaillé. Cet adaptateur d’impédance a été testé sur le transistor WolfSpeed CGH40010F et a démontré une bonne adaptation en sortie du transistor à la fréquence de travail de 5 GHz. La conception du Tuner ainsi que son intégration dans une carte PCB avec un substrat FR4 restent, cependant, des perspectives.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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