[논문 리뷰] A Reconfigurable Impedance Matching Network Employing RF-MEMS Switches

M. Bedani, F. Carozza외 4명|ArXiv.org|2008. 02. 21.

Advanced MEMS and NEMS Technologies참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 저주파 RF 주파수를 대상으로 RF-MEMS 스위치를 사용한 단일구조형 재구성 가능한 임피던스 매칭 네트워크를 제시한다. 고저항율 실리콘 기판에 옴직 릴레이, MIM 커패시터, 그리고 스파이ral형 인덕턴스를 통합하였다. 이 설계는 알 수 없는 RF 회로 간의 적응형 임피던스 매칭을 가능하게 하며, 현재 ITC-irst의 RF-MEMS 기술을 사용하여 제작 및 시험 중인 프로토타입을 통해 저손실 및 고선형도를 실현하여 재구성 가능한 RF 시스템에 적합하다.

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.

연구 동기 및 목표

• RF-MEMS 기술을 활용한 저주파 RF 대역을 위한 재구성 가능한 임피던스 매칭 네트워크를 개발하는 것.
• 두 개의 알 수 없는 연결된 RF 회로 간의 적응형 임피던스 매칭을 가능하게 하는 것.
• 고저항율 실리콘 기판에 RF-MEMS 옴직 릴레이, MIM 커패시터, 그리고 스파イラ형 인덕턴스를 단일 기판에 통합하는 것.
• 작고 조절 가능한 RF 매칭 솔루션에서 저삽입 손실과 고선형도를 달성하는 것.
• ITC-irst의 RF-MEMS 공정을 사용하여 프로토타입을 제작하고 시험하여 실제 적용 가능성을 검증하는 것.

제안 방법

• 네트워크는 동적 재구성 가능성을 위해 RF-MEMS 옴직 릴레이를 사용한다.
• 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터는 임피던스 조정을 위한 가변 커패시턴스를 제공한다.
• 저주파에서 손실을 최소화하기 위해 고저항율 실리콘 기반에 스파イラ형 인덕턴스를 제작한다.
• 모든 구성 요소를 단일 기판에 단일 기판 통합하여 소형화 및 신뢰성을 확보한다.
• 재구성 가능한 토폴로지는 다양한 부하 임피던스에 적응적으로 매칭할 수 있도록 한다.
• 고품질 및 저손실 성능을 확보하기 위해 ITC-irst의 기존 RF-MEMS 제조 공정을 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 RF-MEMS 기술을 활용하여 저주파 RF 응용을 위한 재구성 가능한 임피던스 매칭 네트워크를 설계할 수 있는가?
• RQ2 RF-MEMS 스위치, MIM 커패시터, 그리고 인덕턴스의 최적 통합 방식은 무엇인가? 적응형 임피던스 매칭을 위한 것이다.
• RQ3 고저항율 실리콘 기판에 RF-MEMS 구성 요소를 단일 기판 통합하면 저삽입 손실과 고선형도를 달성할 수 있는가?
• RQ4 재구성 가능한 토폴로지는 알 수 없는 또는 변동하는 RF 부하 임피던스 간의 매칭을 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ5 ITC-irst의 RF-MEMS 공정을 사용하여 작동 가능한 프로토타입을 제작하고 시험하는 것이 가능한가?

주요 결과

• 제안된 네트워크는 동적 재구성 기능을 통해 두 개의 알 수 없는 연결된 RF 회로 간의 적응형 임피던스 매칭을 가능하게 한다.
• RF-MEMS 옴직 릴레이, MIM 커패시터, 그리고 고저항율 실리콘 기반 스파イラ형 인덕턴스의 통합은 소형 단일 기판 솔루션을 실현한다.
• RF-MEMS 구성 요소의 본질적 이점 덕분에 저삽입 손실과 고선형도를 입증하였다.
• 현재 ITC-irst의 RF-MEMS 기술을 사용하여 프로토타입을 제작 및 시험 중이며, 이는 접근 방식의 실현 가능성을 검증한다.
• RF 시스템에서 실시간 임피던스 적응이 필요한 응용 분야에 적합하다.
• MIM 커패시터와 스파イラ형 인덕턴스의 사용은 저주파 대역에서 가변성과 저손실 성능을 보장한다.