B. Schauwecker

RF-MEMS switching concepts for high power applications

RF MEMS switches for power applications are discussed in this paper. Mechanical and electromagnetic simulations of a new switch type for power applications are presented, and fabrication aspects are discussed.

Toggle-switch - a new type of RF MEMS switch for power applications

A new type of RF MEMS switch for power applications using a push-pull concept is described. The switching element consist of a cantilever which is fixed by a suspension spring to the ground of the coplanar lines. The switching voltages are 30 V to close and 35 V to open. The switches exhibit low loss (<0.2 dB at 27 GHz) with good isolation (20 dB at 27 GHz).

Silicon Micromachined CPW Transmission Lines

MEMS technology with its three-dimensional (3D) treatment of substrates allows realization of CPWs with lower attenuation. This is achieved by removing the substrate material in the gap between signal and ground metalizations of the CPW transmission lines. A series of different removing/underetching schemes was investigated and processed and compared with common CPW lines. This paper explains the idea as well as the micromachining process steps used. Lowest measured attenuation was 0.081 dB/mm at 40 GHz for CPW lines with ground to ground spacing of 300 ¿m and substrate removal of 60 ¿m in depth. This corresponds to an improvement in attenuation of more than 20% compared to common CPW lines.

Modeling and simulation considerations for a new micro-electro-mechanical switch - toggle switch

This paper presents the mechanical and electrostatic model and simulation results of a new micro-electro-mechanical cantilever switch for RF applications. Local stress concentrations at notches, eigenfrequencies, pushand pull voltages, settling and switching time, air pressure distribution and the fluid velocity during the switching of the cantilever are discussed.

RF-MEMS components for broadband applications

Key elements for switching matrices are reported. Single RF-MEMS toggle switches yield an insertion loss of 0.2 dB @ 30 GHz and an isolation of 25dB @ 30 GHz. Shielded RF crosses for routing the signal path in the switching matrix yield an insertion loss of 0.75dB @ 20 GHz in the under-cross path and 0.6 dB (simulated) in the over-cross path with an isolation higher than 40dB between under- and over-cross path. Double 90 degree bends with compensated air-bridges show an insertion loss of less than 0.1dB up to 20 GHz.

A very compact RF MEMS switch for frequencies up to 50 GHz

A scaled, smaller version of the recently published Toggle Switch, an extremely broad band and highly linear ohmic RF MEMS switch for a frequency range from DC to 50 GHz, is presented. The electromagnetic simulation, the fabrication process, and measurement results of the Small Toggle Switch are given. The switch in its smaller geometry inherits the outstanding RF performance which could even be extended with an insertion loss of 0.95 dB and an isolation of 16 dB up to 50 GHz. These measurement results are in good agreement with the simulation. Power measurements (2 W) in the frequency range from 8 to 18 GHz did not show a self actuation of the switch.

Mikrostrukturierte HF-Leitungs- und -Resonatorstrukturen

MEMS technology with its three-dimensional (3D) treatment of substrates allows realization of CPWs with lower attenuation. This is achieved by removing the substrate material in the gap between signal and ground metalizations of the CPW transmission lines. A series of different removing/underetching schemes was investigated and processed and compared with common CPW lines. This paper explains the idea as well as the micromachining process steps used. Lowest measured attenuation was 0.081 dB/mm at 40 GHz for CPW lines with ground to ground spacing of 300 and substrate removal of 60 in depth. This corresponds to an improvement in attenuation of more than 20% compared to common CPW lines. Also new monolithic resonator concepts based on three dimensional (3D) high resistivity silicon substrate filled cavity resonators and air-filled resonators are investigated. Fabrication is done using micromachining technologies. The silicon substrate filled open-end patch resonator with a dimension of 2.3 mm 1.1 mm 0.25 mm yields an unloaded Q-Value of 70 at 22.0 GHz. By removing the silicon from the inner of the resonator (air-filled resonator type) an improvement of the unloaded Q with values greater than 125 is achieved. Für die Dokumentation Koplanarleitungen / Resonator / HF-MEMS, / HF-Mikrosystemtechnik 1. Einleitung 2. Mikrostrukturierte Leitungsstrukturen Mikround Millimeterwellenschaltungen halten zunehmend Einzug in Mobilkommunikationssystemen, in Radarsystemen, in Satellitensystemen und Verteidigungselektronik. Wesentliche Bestandteile dieser Schaltungen sind neben den aktiven Bauelementen einerseits die HF-Leitungsstrukturen und andererseits hochgütige Filterstrukturen. Die HF-Leitungsstrukturen führen die HF-Signale vom Eingang zu den aktiven und passiven Bauteilen und nach entsprechender Verarbeitung dem Ausgang zu. Abschwächung, Dämpfung, Dispersion und Frequenzgang sind entscheidende Faktoren dieser Leitungsstrukturen. Filterstrukturen auf der anderen Seite werden sowohl in Empfängerals auch Sendeschaltungen zum Herausfiltern bestimmter Frequenzen oder zur Unterdrückung ungewollter Frequenzen eingesetzt. Bandpaßfilter hoher Güte sind z.B. Schlüsselelemente zukünftiger direkt digitalisierender Hochfrequenz-Empfänger [1]. Es besteht ein großer Bedarf an hochgütigen Filter-Strukturen für den Mikround Millimeterwellenbereich. Solche Filter werden im allgemeinen über Resonatoren hoher Güte realisiert. Über die Herstellung solcher Leitungsund Resonatorstrukturen für Mikround Millimeterwellenanwendungen mit Hilfe von Mikrosystemtechnologien (MST) oder MEMS (Mikro Elektro Mechanische Systeme)-Technologien wird in diesem Artikel berichtet. 1 DaimlerChrysler Research Center 2 Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) Koplanare Wellen leitungsstrukturen (coplanar waveguides, CPW) auf hochohmigem Silizium wurden von vielen Autoren als wellenleitende Verbindungsleitungen untersucht [2, 3]. Verluste in diesen Übertragungsleitungen stammen sowohl von der Metallisierung als auch vom Substrat. Metallische Verluste infolge der endlichen Leitfähigkeit sind bei hohen Frequenzen weniger entscheidend, da der Skin-Effekt mit der Wurzel der Frequenz ansteigt, während die dielektrischen Verluste des Substrats linear mit der Frequenz ansteigen die Abstrahlung in Oberflächenmoden sogar noch stärker zunehmen. Daher spielen substratbezogene Verluste eine entscheidende Rolle bei Millimeterwellenund Submillimeterwellen-Frequenzen. Ferner ist Dispersion bei einigen Leitungsstrukturen ebenfalls wichtig. Unterschiedliche Versuche wurden unternommen, um die Eigenschaften der Koplanarleitungen in Hinblick auf Dämpfung, Dispersion und Güte zu verbessern. Vor allem mit Hilfe von neuartigen MEMS-Mikrostrukturierungstechniken wurden neue Typen von verbesserten CPW-Leitungen untersucht: Membran-unterstützte Leitungen [4-6], erhabene CPW-Leitungen [7] und invertierte überlagerte CPW-Leitungen [8] wurden vorgeschlagen. Im folgenden wird über theoretische und experimentelle Untersuchungen an mikrostrukturierten CPW-Übertragungsleitungen berichtet. Ziel ist es, eine Verringerung der Dämpfung und eine Erhöhung der Güte mit Hilfe eines einfachen CMOS-kompatiblen Herstellungsprozesses zu erreichen. 2.1 Theoretische Betrachtungen Die Güte von Leitungen wird durch die Verluste in den Metallisierungen und im Dielektrikum beeinflusst. Ein Maß für die Verluste ist die Dämpfung. Die Güte selbst bestimmt sich aus den Eigenschaften der Ausbreitungskonstante = j in der Form