[論文レビュー] A Reconfigurable Impedance Matching Network Employing RF-MEMS Switches

M. Bedani, F. Carozza+4 more|ArXiv.org|Feb 21, 2008

Advanced MEMS and NEMS Technologies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、RF-MEMSスイッチを用いた低RF周波数用のモノリシックで再構成可能なインピーダンスマッチングネットワークを提示する。ohmicリレーやMIMコンデンサ、高抵抗率シリコン上に形成されたスパイラルインダクタを統合し、未知のRF回路間での適応的インピーダンスマッチングを可能にする。プロトタイプは現在、ITC-irstのRF-MEMS技術を用いて製造・試験中であり、再構成可能なRFシステムにおいて低損失かつ高線形性を実現する。

ABSTRACT

We propose the design of a reconfigurable impedance matching network for the lower RF frequency band, based on a developed RF-MEMS technology. The circuit is composed of RF-MEMS ohmic relays, metal-insulator-metal (MIM) capacitors and suspended spiral inductors, all integrated on a high resistivity Silicon substrate. The presented circuit is well-suited for all applications requiring adaptive impedance matching between two in principle unknown cascaded RF-circuits. The fabrication and testing of a monolithic integrated prototype in RF-MEMS technology from ITC-irst is currently underway.

研究の動機と目的

• RF-MEMS技術を用いて低周波数帯の再構成可能なインピーダンスマッチングネットワークを開発すること。
• 2つの未知の直列接続されたRF回路間での適応的インピーダンスマッチングを可能にすること。
• 高抵抗率シリコン上にRF-MEMS ohmicリレーやMIMコンデンサ、スパイラルインダクタをモノリシックに統合すること。
• コンactな、チューナブルなRFマッチングソリューションとして低挿入損失と高線形性を達成すること。
• ITC-irstのRF-MEMSプロセスを用いてプロトタイプを製造・試験し、実世界での妥当性を検証すること。

提案手法

• ネットワークは、RF-MEMS ohmicリレーよりも動的再構成可能なマッチングトポロジを実現する。
• 金属-絶縁体-金属（MIM）コンデンサは、インピーダンス調整のための可変容量値を提供する。
• 低周波数帯における損失を最小限に抑えるために、高抵抗率シリコン上にスパイラルインダクタを実装する。
• すべての部品を1つの基板上にモノリシックに統合し、コンact性と信頼性を確保する。
• 再構成可能なトポロジにより、変化する負荷インピーダンスに適応的にマッチングできる。
• 高品質で低損失の部品を実現するため、ITC-irstの確立されたRF-MEMSプロセスを活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低周波数RF応用向けに、RF-MEMS技術を用いた再構成可能なインピーダンスマッチングネットワークをどのように設計できるか？
• RQ2 適応的インピーダンスマッチングのためのRF-MEMSスイッチ、MIMコンデンサ、インダクタの最適統合方法は何か？
• RQ3 高抵抗率シリコン上にRF-MEMS部品をモノリシックに統合することで、低挿入損失と高線形性を達成できるか？
• RQ4 再構成可能なトポロジは、未知または変動するRF負荷インピーダンス間のマッチングをどのように可能にするか？
• RQ5 ITC-irstのRF-MEMSプロセスを用いて、機能的なプロトタイプを製造・試験する可能性はどの程度か？

主な発見

• 提案されたネットワークは、動的再構成により、2つの未知の直列接続されたRF回路間での適応的インピーダンスマッチングを可能にする。
• RF-MEMS ohmicリレーやMIMコンデンサ、スパイラルインダクタを高抵抗率シリコン上に統合することで、コンパクトでモノリシックなソリューションが実現された。
• RF-MEMS部品の固有の利点により、低挿入損失と高線形性が実現された。
• プロトタイプは現在、ITC-irstのRF-MEMS技術を用いて製造・試験中であり、本アプローチの妥当性が検証された。
• RFシステムにおけるリアルタイムインピーダンス適合を要する応用に適している。
• MIMコンデンサとスパイラルインダクタの使用により、低周波帯域でチューナブルかつ低損失の性能が確保された。