Cantilever-based RF-MEMS switches for 5G applications
5g uygulamalari için konsol tabanlı RF-MEMS anahtarları
- Tez No: 759170
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT KAYA YAPICI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 85
Özet
Beşinci nesil (5G) telekomünikasyonun farklı nesnelerin interneti (IoT) uygulamalarında kullanılması hedeflenmektedir. Endüstriyel otomasyon, bulut robotları ve güvenlik açısından kritik araç iletişimleri bu uygulama alanlarından sadece bazılarıdır. Hızla gelişmekte olan 5G haberleşmede yüksek veri hızı, minimum gecikme süresi ve geniş kapsama alanı kritiktir. Bu talepleri karşılamak için iyileştirilmiş yuva tabanlı mimari, mm dalga bantları ve hüzmelemeye dayalı çözümler geliştirilmektedir. Kullanılan RF ön yüz anahtarlanın da yüksek izolasyon, frekans filtreleme, minimum giriş kaybı, yüksek doğrusallık ve hızlı anahtarlama gerekliliklerini karşılaması gerekir. Bu tez, 5G uygulamaları için geliştirilen bir yüksek frekans RF-MEMS anahtarını sunmaktadır. İlk olarak RF-MEMS anahtarları seri bir konfigürasyonda tasarlanmış ve kendiliğinden düzenlenen bir kiriş (manivela) elde edilmesi amacıyla ince film içsel gerilimlerden yararlanılmıştır. Böylelikle alışılagelmiş doğrusal kirişler yerine, düzlem dışı dalgalı yapılar elde edilebilmiştir. Yeni anahtar tasarımı, açık durumda -0.5 dB'lik düşük bir ekleme kaybı ve kapalı durumda da konsol anahtarının (Rfin) uzak ucu ile alttaki temas pedi (Rfout) arasındaki büyük hava boşluğu sayesinde 30 GHz'de -22 dB'lik yüksek RF izolasyonu sağlarken, 10,5 V'luk düşük bir tahrik gerilimine sahiptir. Ek olarak, geleneksel elektrostatik sabit-sabit anahtarların doğasında bulunan yüksek tahrik gerilimi ihtiyaçlarını azaltmak için paralel konfigürasyonlu (şönt) manivela tabanlı bir RF-MEMS anahtarı da geliştirilmiş olup,t elektromekanik ve RF performansı yönünden yapılan sistematik optimizasyon ile 9 V'luk bir çekme voltajı, -0.14 dB'lik düşük ekleme kaybı ve 30 GHz'de -44.7 dB'lik yüksek izolasyon elde edilmiştir. Bu tez kapsamında tasarlanan manivela-tabanlı seri ve şönt anahtarların sergilediği düşük ekleme kaybı, yüksek izolasyon ve düşük çekme gerilimi , söz konusu anahtarları5G mobil uygulamalar için elverişli kılmaktadır.
Özet (Çeviri)
Fifth-generation (5G) mobile communications are developed for Internet of Things (IoT) applications such as industrial automation, cloud robots, and safety-critical vehicle communications. The emerging 5G requires fast data rates, minimal latency, and wide coverage. In order to fulfill these demands improved slot-based architecture, mm-wave bands, and beamforming are being designed. These technologies require RF front-end switches with high isolation, frequency filtering, low insertion loss, high linearity, and fast switching. This thesis studies cantilever-based RF-MEMS switch performance at high frequencies for 5G applications. The RF-MEMS switch is first designed in a series configuration and exploits intrinsic stresses within a thin film to build a self-assembled cantilever beam based on bi-directional control of intrinsic stresses to reconstruct straight cantilever beams into out-of-plane wavy structures. The novel switch design displays a low insertion loss of -0.5 dB in the on-state and high RF isolation of -22 dB in the off-state at 30 GHz due to the large air gap between the distal end of the cantilever switch (RFin) and underlying contact pad (RFout), while maintaining a low operation voltage of 10.5 V. In addition, to reduce the inherent high actuation voltage needs of conventional electrostatic fixed–fixed shunt switches, a cantilever-based RF-MEMS switch with a shunt configuration has also been designed and, systematically optimized both from electromechanical and RF performance aspects achieving a pull-in voltage of 9 V, low insertion loss of -0.14 dB, and high isolation of -44.7 dB at 30 GHz. The novel cantilever-based series and shunt RF-MEMS switches designed in this thesis exhibit low insertion losses, high isolation and low pull-in voltages, making them ideal for 5G mobile applications.
Benzer Tezler
- Intrinsic stress-induced self-assembly of multilayer thin films for fabrication of three-dimensional micro devices
Üç boyutlu mikro aygıtların üretimi için çok katmanlı ince filmlerin iç gerilme kaynaklı kendiliğinden montajı
RAYAN BAJWA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. MURAT KAYA YAPICI
- Gelecek nesil kablosuz haberleşme ağları için enerji hasatlama sistemleri
Energy harvesting systems for next generation wireless communication networks
DOĞAY ALTINEL
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- Biyolojik moleküllerin tayinine yönelik kantilever bazlı biyosensör sisteminin geliştirilmesi
Development of cantilever based biosensor system for detection of biological molecules
TAMER ÇIRAK
Doktora
Türkçe
2014
Bilim ve TeknolojiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ
- Optical readout methods for MEMS cantilever based sensors
MEMS çubuk tabanlı algılayıcılar için optik okuma yöntemleri
ULAŞ ADİYAN
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ÜREY
- Melanom tespiti için mems tabanlı biyosensör tasarımı ve analizi
Mems-based biosensor design and analysis for melanom detection
PELİN AKÇALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Biyoteknolojiİstanbul Yeni Yüzyıl ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVİL ÖZER