WO2001065630A1 - Phasenschieber und anordnung aus mehreren phasenschiebern - Google Patents
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- WO2001065630A1 WO2001065630A1 PCT/EP2001/002130 EP0102130W WO0165630A1 WO 2001065630 A1 WO2001065630 A1 WO 2001065630A1 EP 0102130 W EP0102130 W EP 0102130W WO 0165630 A1 WO0165630 A1 WO 0165630A1
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- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/18—Phase-shifters
- H01P1/184—Strip line phase-shifters
Definitions
- phase shifters which are controlled by means of an applied voltage. Such circuits typically contain varactor diodes, changeable ferroelectrics or ferro agnetics. Furthermore, digital phase shifters are known in which the phase range to be set is divided into 2 N states with the aid of N digital phase shifters. These digital phase shifters are typically realized by lines of different lengths, between which a digitally controlled switch is made.
- Known switch in which a bridge line by applying a control voltage is moved via a control line in the direction of a center conductor until an electrical contact is closed and the switching process is thereby completed.
- Such micromechanical switches are manufactured using known chip manufacturing technologies in accordance with resistances, capacitances and line structures in chips using known chip manufacturing technologies.
- the invention has for its object to provide phase shifters or arrangements thereof, which are as small, inexpensive and easy to manufacture.
- phase shifter with the features of claim 1 and by arrangements with a plurality of phase shifters with the features of claims 6 and 7.
- the phase shifter according to the invention which is particularly suitable for high-frequency applications, in particular for millimeter-wave applications, for example for the realization of electronically pivotable radar antennas, shows an arrangement of a bridge line, the signal conductor and an insulation layer arranged in between with a high defined thickness, which leads to a structure of the leads micromechanical switch in the manner of a two-plate capacitor.
- the thickness of the insulating layer which consists of a dielectric, is selected such that a defined phase shift mik of the transmission factor occurs between the switched state of the micromechanical phase shifter and the unswitched state given is.
- the micromechanical phase shifter proves to be in its dimensions due to the? Manufacturing used chip technology as very small and very inexpensive to manufacture.
- This type of micromechanical phase shifter is particularly suitable for electronically pivotable phased array antennas which have a large number of T / R modules, each of which is assigned one or more switched phase shifters. Due to the small size and the low energy consumption of the micromechanical phase shifters, it is possible to arrange them directly in or on the T / R modules and thus shorten the connecting lines from the phase shifters to the T / R modules, which makes the transmission more susceptible to interference Signals reduced. Even with small deviations in the thickness of the insulation layer from the ideal thickness, there are significant advantages of these micromechanical phase shifters.
- the micromechanical phase shifter shows the following functional structure.
- Z 0 is the line impedance
- f is the frequency of the high-frequency signal
- ⁇ represents the desired phase difference between the two states.
- phase shifter with this determined relationship with a phase difference of 11.25 ° with a line impedance of 50 ⁇ , at a frequency of 35 GHz, an area A of 2000 ⁇ m 2 and an effective one Realizing dielectric constant of 4.8, the required relationship of the insulation layer of 2.34 ⁇ m results from the determined relationship. If one realizes such a micromechanical switch with the help of common chip manufacturing processes, a very small, inexpensive phase shifter of high quality results.
- the thickness of the dielectric according to the following relationship:
- d A is selected as the distance between the bridge line and the insulation layer in the unswitched state.
- the described relationship leads to a higher accuracy between the desired phase relationship and the thickness of the insulation layer. If you want to implement very precise phase shifters for special applications, it has proven useful to use this last-mentioned relationship, it being necessary to know the distance between the bridge line and the insulation layer very precisely. This turns out to be quite difficult, since this is strongly influenced by the quality of the manufacturing process of the micromechanical phase shifter.
- the insulation layer is preferably structured so that it preferably has areas without a dielectric, as a result of which the dielectric number of the flat insulation layer is reduced to an effective dielectric number.
- the effective dielectric constant can be determined very precisely in accordance with the structure of the structuring, for example through recesses which are preferably arranged in a checkerboard fashion. This makes it possible to select the desired phase shift very precisely in small phase steps.
- the structural change to adapt the phase shift can also be implemented by adapting the capacitor area.
- a plurality of phase shifters are combined to form a common arrangement, which are acted upon together with a DC voltage, so that their flexible bridge lines are simultaneously lowered onto the insulation layer and are thus switched on together as a micromechanical phase shifter.
- This ensures that by interconnecting a number of identical or substantially identical micromechanical phase shifters in an arrangement in series or parallel connection, different phase changes can be realized without individual different micromechanical phase shifters must be realized.
- micromechanical phase shifters with different thickness and / or structure of the dielectric, the bridge line or the signal line it is possible to realize large areas of phase shifts in a simple and safe manner. Because a part or all of the micromechanical phase shifters of an arrangement can be controlled jointly, it is possible to implement fixed phase shifts at defined points in time, which is of particular importance, in particular for regulating phase-controlled electronic swiveling antennas.
- phase shifters are preferably arranged at a distance of ⁇ / 4 one behind the other so that the reflection of the high-frequency signal caused by the changed capacitance can be completely reduced.
- phase shifters which show the function of a phase shifter, to also use their effect as a micromechanical switch in order to incorporate additional detour lines, which also have an effect as a phase shifter, into the high-frequency signal path and thereby realize large phase shifts of up to 360 °.
- additional detour lines which also have an effect as a phase shifter, into the high-frequency signal path and thereby realize large phase shifts of up to 360 °.
- FIG. 1 shows the phase shifter according to the invention in the non-switched state
- FIG. 2 shows the phase shifter according to the invention in the switched state
- FIG. 3 shows a top view of the phase shifter
- Figure 4 shows a structure of the insulation layer
- Figure 5 shows an arrangement of several phase shifters.
- FIG. 1 shows a phase shifter 1 according to the invention in the non-switched state.
- the basic structure of this phase shifter 1 corresponds to that of a micromechanical switch.
- the phase shifter 1 is arranged on a substrate 2.
- a signal conductor 3 is applied to the substrate 2, on which in turn an insulation layer 4 of a fixed thickness d is applied.
- Parallel to the signal conductor 3, spaced-apart ground lines, here designed as coplanar lines 5, are attached to the substrate 2 and are connected to one another via a bridge line 6.
- the bridge line 6 is designed as a flexible membrane. The membrane extends at a distance from the insulation layer 4 above it.
- the high-frequency signals which typically represent millimeter wave signals, are transmitted via the signal conductor 3. passes. If the phase shifter 1 is to be activated, the signal line is put under tension with respect to the coplanar line 5, so that due to the voltage difference a force is formed on the flexible bridge line 6 which moves the bridge line 6 in the direction of the insulation layer 4 until it comes to lie on this. This state is shown in FIG. 2 shown.
- the suitable choice of the thickness d of the insulation layer 4 results in a defined phase shift ⁇ on the signal conductor 3 for the high-frequency signals transmitted thereon. If the applied DC voltage between the signal conductor 3 and the coplanar line 5 is canceled, the phase shifter 1 goes into the state shown in FIG. 1 back and the activated, activated phase shift is canceled again.
- phase shifter 1 represents a phase shifter activated by micromechanics, also called a micromechanical phase shifter. It proves to be very small, it can be implemented in a chip with further electronic components, and it can also be very inexpensive and of very high quality in appropriate quantities will be realized.
- FIG. 3 is a top view of the phase shifter 1 from the FiG. 1 or 2 shown.
- the control line 3 is spaced between two parallel coplanar lines 5 and is arranged electrically insulated from one another.
- the two coplanar lines 5 are connected via a bridge line 6.
- the bridge line 6 spans the signal line 3 at a distance and is flexible.
- the exemplary coplanar lines for representing the voltage required for switching the phase shifter are preferably connected to ground, while the signal line is superimposed with a DC voltage signal in addition to the high-frequency signal.
- Through the flat trained coplanar lines 5 ensures a very effective ground and a very effective shielding of the signal line against EMC interference.
- FIG. 4 shows an exemplary structured structure of the insulation layer 4. It shows a series of rectangular recesses 7, which are distributed like a checkerboard over the surface of the insulation layer 4.
- the recesses 7 are separated from one another by webs 8 made of the material of the insulation layer 4.
- This structured formation of the insulation layer makes it possible to achieve an effective dielectric constant, which is essentially determined by the ratio of the recesses 7 to the insulation layer. Due to the possibility that the recesses 7 or the structuring of the insulation layer 4 are highly precise due to the chip manufacturing process used, it is possible to set the effective dielectric constant very precisely, so that there is the possibility, in addition to the thickness d, of the insulation layer 4 also to determine the effective dielectric constant e ef £ in order to implement a defined phase shift.
- FIG. 5 shows an arrangement of a plurality of phase shifters, the signal line 3 extending from the gate 1 to the gate 2 and the phase shifters being indicated by the bridge lines 6 arranged transversely to the signal line 3.
- phase shifters with different phase angles are shown. The first shows a switchable phase angle of 5.6 °, the second of 11.25 °.
- the arrangement of the jointly connected third and fourth phase shifters jointly realizes one 22.5 ° phase shift.
- These phase shifters are arranged at a distance of ⁇ / 4 to reduce the reflection effect.
- the fifth and sixth phase shifters are arranged in an arrangement with a switchable phase angle of 45 °.
- the different phase angles are determined on the one hand by the differently selected thickness of the insulation layer and / or by an adapted structure of the insulation layer and / or the bridge line and / or the signal line. As a result (change in the width and / or length ratios of the signal line or the bridge line or the insulation layer), the area of the two-plate capacitor or its dielectric constant is varied.
- the third and fourth phase shifters are connected together by a common control via a common application of the control voltage and thus also at the same time, so that the phase shift increases from zero to 22.5 ° here. In a corresponding manner, this is also achieved in other arrangements consisting of several common micromechanical phase shifters.
- phase shifters are implemented by combining phase shifters and corresponding detour lines of different lengths. Such sub-arrangements are on the right side of FIG. 5 shown.
Landscapes
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft Phasenschieber insbesondere für Millimeterwellenanwendungen, die entsprechend einem mikromechanischen Schalter ausgebildet sind und deren Dicke d der Isolationsschicht abhängig von der geschalteten, gewünschten Phasenverschiebung Ζ gewählt ist. Vorzugsweise wird die Dicke d nach der Beziehung (I) oder nach der Beziehung (II) gewählt. Weiterhin betrifft die Erfindung Anordnungen aus mehreren dieser Phasenschieber, welche über eine gemeinsame Signalleitung und eine gemeinsame Koplanarleitung zeitgleich gemeinsam ansteuerbar sind.
Description
Rp.qrhT-sih ng
Phasenschieber und Anordnung aus mehreren Phasenschiebern
Es sind eine Vielzahl analoger Phasenschieber bekannt, die mittels einer angelegten Spannung gesteuert werden. Derartige Schaltungen enthalten typisch Varaktordioden, veränderbare Ferroelektrika oder Ferro agnetika . Weiterhin sind digitale Phasenschieber bekannt, bei denen der einzustellende Phasenbereich in 2N Zustände mit Hilfe von N digita- len Phasenschiebern unterteilt ist. Diese digitalen Phasenschieber sind typisch durch verschieden lange Leitungen realisiert, zwischen denen digital gesteuert umgeschaltet wird.
Aus dem US-Patent 5,526,172 ist ein mikromechanischer
Schalter bekannt, bei dem eine Brückenleitung durch Anlegen
einer Steuerspannung über eine Steuerleitung in Richtung eines Mittelleiters bewegt wird, bis ein elektrischer Kontakt geschlossen ist und dadurch der Schaltvorgang abgeschlossen ist. Derartige mikromechanische Schalter werden mit bekannten Chipfertigungstechnologien entsprechend von Widerständen, Kapazitäten und Leitungsstrukturen in Chips mit bekannten Chipfertigungstechnologien hergestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Phasenschieber oder Anordnungen daraus anzugeben, die möglichst klein, kostengünstig und gut herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch einen Phasenschieber mit den Merk- malen des Anspruchs 1 sowie durch Anordnungen mit mehreren Phasenschiebern mit den Merkmalen der Ansprüche 6 und 7 gelöst .
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran- Sprüchen.
Der erfindungsgemäße Phasenschieber, der für hochfrequente Anwendungen, insbesondere für Millimeterwellenanwendungen, beispielsweise für die Realisierung von elektronisch schwenkbaren Radarantennen, besonders geeignet ist, zeigt eine Anordnung aus einer Brückenleitung, dem Signalleiter und einer dazwischen angeordneten Isolationsschicht mit hoher definierter Dicke, was zu einem Aufbau des mikromechanischen Schalters in der Art eines Zweiplattenkondensa- tors führt. Dabei ist die Dicke der Isolierschicht, die aus einem Dielektrikum besteht, so gewählt, daß zwischen dem geschalteten Zustand des mikromechanischen ausgebildeten Phasenschiebers und dem ungeschalteten Zustand eine definierte Phasenverschiebung Φ des Transmissionsfaktors
gegeben ist. Durch diesen mikromechanischen Phasenschieber ist es nun möglich, eine definierte und unveränderliche Phasenschiebung zu aktivieren oder zu deaktivieren. Dabei erweist sich der mikromechanische Phasenschieber als in seinen Abmessungen aufgrund der für die? Herstellung verwendete Chiptechnologie als sehr klein und als sehr kostengünstig herstellbar. Diese Art von mikromechanischen Phasenschieber ist besonders geeignet, für elektronisch schwenkbare Phased-Array-Antennen, welche eine Vielzahl von T/R-Modulen aufweisen, denen jeweils ein oder mehrere geschaltete Phasenschieber zugeordnet sind. Aufgrund der geringen Größe und des geringen Energieverbrauchs der mikromechanischen Phasenschieber ist es möglich, diese unmittelbar in oder an den T/R-Modulen anzuordnen und damit die Verbindungsleitungen von den Phasenschiebern zu den T/R-Modulen zu verkürzen, was die Störanfälligkeit der Übertragung hochfrequenter Signale reduziert. Auch mit kleinen Abweichungen der Dicke der Isolationsschicht gegenüber der idealen Dicke sind wesentliche Vorteile dieser mikromechanischen Phasenschieber gegeben.
Der mikromechanische Phasenschieber zeigt folgenden funk- tionellen Aufbau.
Wird neben den schwachen HF-Signalen eine stärkere Gleichspannung zwischen der Signalleitung und der Masseverbindung, welche als flexible Brückenleitung ausgebildet ist, angelegt, so wirkt auf die Brückenleitung eine Kraft, die proportional dem Quadrat der angelegten Spannung ist. Ab einer bestimmten Spannung ist diese Kraft so groß, daß sie die flexible Brücke in der Mitte durchbiegt und die Brük- kenleitung auf der Isolationsschicht über der Signalleitung, auch Mittelleiter genannt, zum Liegen kommt. Es ergibt sich eine Kondensatoranordnung zwischen Signalleitung
und Brückenleitung. Die Kapazität des Zweiplattenkondensators wird durch die Breite der Signalleitung, die Breite der Brücke, die Höhe der Isolationsschicht und die effektive Dielektrizitätszahl der Isolationsschicht, welche sich aus der Dielektrizitätszahl des Isolationsmateriales und der Art der Strukturierung des Isolationsmaterials und/oder der Brücke ergibt, bestimmt. Diese zugeschaltete Kapazität bewirkt eine Phasenänderung des Transmissionsfaktors der Signalleitung. Um kleine Phasenänderungen zu realisieren, genügt es einen einzigen mikromechanischen Phasenschieber mit dementsprechend festgelegten Abmessungen vorzusehen. Dabei hat es sich insbesondere bewährt, die Dicke der Isolationsschicht des mikromechanischen Phasenschiebers entsprechend nachfolgender Formel zu wählen:
π * f * Z0 * A d = b0 beff tan(-Φ)
Dabei stellt
d die Dicke der Isolationsschicht, e0 die elektrische Feldkonstante,
<≡ef£ die effektive Dielektrizitätszahl,
A die Fläche des Zweiplattenkondensators,
Z0 der Leitungswellenwiderstand, f die Frequenz des hochfrequenten Signals und
Φ die gewünschte Phasendifferenz zwischen den beiden Zuständen dar.
Will man nach diesem ermittelten Zusammenhang einen Phasen- Schieber mit einer Phasendifferenz von 11,25° bei einem Leitungswellenwiderstand von 50 Ω, bei einer Frequenz von 35 GHz, einer Fläche A von 2000 μm2 und einer effektiven
Dielektrizitätszahl von 4,8 realisieren, so ergibt sich nach dem ermittelten Zusammenhang eine erforderliche Dicke der Isolationsschicht von 2,34 μm. Realisiert man einen derartigen mikromechanischen Schalter mit Hilfe gängiger Chipherstellverfahren, so ergibt sich ein sehr kleiner, kostengünstig hergestellter Phasenschieber von hoher Qualität .
Soll eine negative Phasenverschiebung realisiert werden, so wird dies durch eine inverse Verwendung des geschalteten und des ungeschalteten Zusandes erreicht .
Soll eine noch höhere Qualität, respektive Genauigkeit der Phasenverschiebung erreicht werden, so hat es sich beson- ders bewährt, die Dicke des Dielektrikums nach folgender Beziehung zu wählen:
dt ε * f * Z0 * ε0 * ε eff * A * d a = elf π
+ tan(-Φ)
wobei entsprechend der zuvor dargestellten Beziehung zu- sätzlich dA als Abstand der Brückenleitung zur Isolationsschicht im ungeschalteten Zustand gewählt ist. Dies führt bei dem zuvor beschriebenen Rechenbeispiel bei einem Abstand der Brückenleitung zur Isolationsschicht dA = 3 μm zu einer Dicke der Isolationsschicht von 2,1 μm. Der be- schriebene Zusammenhang führt zu einer höheren Genauigkeit zwischen der gewünschten Phasenbeziehung und der Dicke der Isolationsschich . Will man für spezielle Anwendungen sehr genaue Phasenschieber realisieren, so hat es sich bewährt, diese zuletzt genannte Beziehung zu verwenden, wobei, es notwendig ist, den Abstand der Brückenleitung zur Isolationsschicht sehr genau zu kennen. Dies erweist sich als
durchaus schwierig, da dieser durch die Qualität des Herstellungsprozeß des mikromechanischen Phasenschiebers stark beeinflußt wird.
Vorzugsweise wird die Isolationsschicht strukturiert ausgebildet, so daß sie vorzugsweise Bereiche ohne Dielektrikum aufweist, wodurch die Dielektrizitätszahl der flächig ausgebildeten Isolationsschicht zu einer effektiven Dielektrizitätszahl erniedrigt ist. Entsprechend der Ausbildung der Strukturierung, beispielsweise durch Ausnehmungen, die vorzugsweise schachbrettartig angeordnet sind, läßt sich die effektive Dielektrizitätszahl sehr genau festlegen. Damit ist es möglich, die gewünschte Phasenverschiebung sehr genau in kleinen Phasenschritte zu wählen. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, die Signalleitung bzw. die Brückenleitung mit einer entsprechenden Strukturierung zu versehen, wobei sich dieses als weniger vorteilhaft im Hinblick auf die Fertigungsqualität und die definierte Durchbiegung der flexiblen Brückenleitung erweist. Daneben kann die Strukturveränderung zur Anpassung der Phasenverschiebung auch durch eine Anpassung der Kondensatorfläche realisiert werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden mehrere Phasenschieber zu einer gemeinsamen Anordnung zusammengefaßt, die gemeinsam mit einer Gleichspannung beaufschlagt werden, so daß ihre flexiblen Brückenleitungen zeitgleich auf die Isolationsschicht abgesenkt werden und damit gemeinsam als mikromechanischer Phasenschieber ein- geschaltet werden. Dadurch ist sichergestellt, daß durch das Zusammenschalten mehrerer identischer oder im wesentlichen identischer mikromechanischer Phasenschieber in einer Anordnung in Reihen- oder Parallelschaltung verschiedene Phasenänderungen realisiert werden können, ohne daß
einzelne unterschiedliche mikromechanische Phasenschieber realisiert werden müssen. Allein durch die unterschiedliche Anordnung verschieden vieler gleicher oder auf wenige Standardtypen reduzierte mikromechanischer Phasenschieber mit unterschiedlicher Dicke und/oder St,rukturierung des Dielektrikums, der Brückenleitung bzw. der Signalleitung, ist es möglich, auf einfache und sichere Weise große Bereiche von Phasenverschiebungen zu realisieren. Durch die gemeinsame Ansteuerbarkeit eines Teils oder aller mikrome- chanischer Phasenschieber einer Anordnung gelingt, es zu definierten Zeitpunkten festgelegte Phasenverschiebungen zu realisieren, was von besonderer Bedeutung, insbesondere für das Regeln von phasengesteuerten elektronischen schwenkbaren Antennen ist .
Vorzugsweise werden dabei die Phasenschieber in einem Abstand von λ/4 hintereinander angeordnet, so daß sich die durch die geänderte Kapazität bewirkte Reflexion des hochfrequenten Signals vollständig reduzieren läßt. Bei geringen Abweichungen von λ/4 ist eine weitgehende
Reduktion gegeben, die ein zufriedenstellendes Ergebnis zeigt .
Sollen große Phasenwinkel realisiert werden, hat es sich bewährt, neben den erfindungsgemäßen mikromechanischen Phasenschiebern, die die Funktion eines Phasenschiebers zeigen, auch deren Wirkung als mikromechanischen Schalter zu verwenden, um zusätzliche Umwegleitungen, die ebenso eine Wirkung als Phasenschieber besitzen, in den hochfrequenten Signalweg einzugliedern und dadurch definierte große Phasenverschiebungen bis zu 360° zu realisieren.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert.
Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Phasenschieber im nicht geschalteten Zustand,
Figur 2 zeigt den erfindungsgemäßen Phasenschieber im geschalteten Zustand,
Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf den Phasenschieber,
Figur 4 zeigt eine Struktur der Isolationsschicht zur
Beeinflußung der effektiven Dielektrizitätszahl und
Figur 5 zeigt eine Anordnung mehrerer Phasenschieber.
In FIG. 1 ist ein erfindungsgemäßer Phasenschieber 1 im nicht geschalteten Zustand dargestellt. Der Aufbau dieses Phasenschiebers 1 entspricht in Grundzügen dem eines mikromechanischen Schalters. Der Phasenschieber 1 ist auf einem Substrat 2 angeordnet. Auf dem Substrat 2 ist ein Signalleiter 3 aufgebracht, auf dem wiederum eine Isolations- schicht 4 von einer festgelegten Dicke d aufgebracht ist. Parallel zu dem Signalleiter 3 sind beabstandet Masseleitungen, hier als Koplanarleitungen 5 ausgebildet, auf dem Substrat 2 angebracht, die über eine Brückenleitung 6 miteinander verbunden sind. Die Brückenleitung 6 ist als flexible Membran ausgebildet. Die Membran erstreckt sich beabstandet zu der Isolationsschicht 4 oberhalb dieser.
Über den Signalleiter 3 werden die hochfrequenten Signale, die typischerweise Millimeterwellensignale darstellen, ge-
leitet. Soll der Phasenschieber 1 aktiviert werden, so wird die Signalleitung gegenüber der Koplanarleitung 5 unter Spannung gesetzt, so daß aufgrund der Spannungsdifferenz eine Kraft auf die flexible Brückenleitung 6 gebildet wird, die die Brückenleitung 6 in Richtung de-r .Isolationsschicht 4 bewegt, bis sie auf dieser zu liegen kommt. Dieser Zustand ist in FIG. 2 dargestellt. Durch die geeignete Wahl der Dicke d der Isolationsschicht 4 ist eine definierte Phasenverschiebung Φ auf dem Signalleiter 3 für das auf diesen übertragene hochfrequente Signale gegeben. Wird die angelegte Gleichspannung zwischen dem Signalleiter 3 und der Koplanarleitung 5 aufgehoben, so geht der Phasenschieber 1 in den Zustand gemäß FIG. 1 zurück und die eingeschaltete, aktivierte Phasenverschiebung wird wieder auf- gehoben. Der beschriebene Phasenschieber 1 stellt einen durch Mikromechanik aktivierten Phasenschieber, auch mikromechanischen Phasenverschieber genannt, dar. Er erweist sich als sehr klein, er kann mit weiteren elektronischen Komponenten in einem Chip realisiert werden, und er kann in angemessenen Stückzahlen auch sehr kostengünstig und qualitativ sehr hochwertig realisiert werden.
In FIG. 3 ist in einer Aufsicht der Phasenschieber 1 aus den FiG. 1 oder 2 dargestellt. Dabei ist die Steuerleitung 3 zwischen zwei parallel verlaufenden Koplanarleitungen 5 beabstandet und voneinander elektrisch isoliert angeordnet. Die beiden Koplanarleitungen 5 sind über eine Brückenleitung 6 verbunden. Die Brückenleitung 6 überspannt die Signalleitung 3 mit Abstand und ist flexibel ausgebildet. Vorzugsweise werden die beispielhaf en Koplanarleitungen zur Darstellung der für das Schalten des Phasenschiebers notwendige Spannung auf Masse gelegt, während die Signalleitung neben dem hochfrequenten Signal mit einem Gleichspannungssignal überlagert wird. Durch die flächig
ausgebildeten Koplanarleitungen 5 ist eine sehr wirksame Masse und eine sehr wirksame Abschirmung der Signalleitung gegen EMV-Störungen gewährleistet.
In FIG. 4 ist ein beispielhafter strukturierter Aufbau der Isolationsschicht 4 dargestellt. Er zeigt eine Reihe von rechteckigen Ausnehmungen 7, die schachbrettartig über die Fläche der Isolationsschicht 4 verteilt sind. Die Ausnehmungen 7 sind voneinander durch Stege 8 aus dem Material der Isolationsschicht 4 getrennt. Durch diese strukturierte Ausbildung der Isolationsschicht gelingt es, eine effektive Dielektrizitätszahl zur realisieren, die im wesentlichen durch das Verhältnis der Ausnehmungen 7 zu der Isolations- schicht bestimmt ist. Die durch die Möglichkeit, daß die Ausnehmungen 7 bzw. die Strukturierung der Isolations- schicht 4 aufgrund der verwendeten Chipherstellungsverfahren hochpräzise sind, ist es möglich, die effektive Dielektrizitätszahl sehr genau einzustellen, so daß die Möglichkeit besteht, neben der Dicke d der Isolations- Schicht 4 auch die effektive Dielektrizitätszahl eef£ festzulegen, um eine definiert gewählte Phasenverschiebung zu realisieren .
In FIG. 5 ist eine Anordnung mehrerer Phasenschieber dar- gestellt, wobei die Signalleitung 3 sich vom Tor 1 bis zum Tor 2 erstreckt und die Phasenschieber durch die quer zur Signalleitung 3 angeordneten Brückenleitungen 6 angedeutet sind. In der Anordnung gemäß FIG. 5 sind Phasenschieber mit unterschiedlichen Phasenswinkeln dargestellt. Der erste zeigt einen schaltbaren Phasenwinkel, von 5,6°, der zweite von 11, 25° .
Die Anordnung des gemeinsam geschalteten dritten und vierten Phasenschiebers realisiert gemeinsam eine
Phasenverschiebung von 22,5°. Diese Phasenschieber sind zur Reduktion der Reflexionswirkung in einem Abstand von λ/4 angeordnet . In entsprechender Weise sind der fünfte und sechste Phasenschieber zu einer Anordnung mit einem schaltbaren Phasenwinkel von 45° angeordnet.
Die unterschiedlichen Phasenwinkel werden dabei zum einen durch die unterschiedlich gewählte Dicke der Isolations- schicht festgelegt und/oder durch eine angepaßte Struktur der Isolationsschicht und/oder der Brückenleitung und/oder der Signalleitung festgelegt . Hierdurch (Veränderung der Breiten- und/oder Längenverhältnisse der Signalleitung bzw. Der Brückenleitung bzw. der Isolationsschicht) wird die Fläche des Zweiplattenkondensators bzw. dessen Dielektrizitätszahl variiert.
Dabei sind der dritte und vierte Phasenschieber durch eine gemeinsame Ansteuerung über eine gemeinsame Beaufschlagung mit der Steuerspannung gemeinsam und damit auch zeitgleich geschaltet, so daß hier die Phasenverschiebung von Null auf 22,5° ansteigt. In entsprechender Weise ist das auch bei anderen Anordnungen aus mehreren gemeinsamen mikromechanischen Phasenschiebern realisiert.
Sollen noch höhere Phasenwinkel realisiert werden, so werden diese durch Kombination von Phasenschiebern und entsprechenden Umwegleitungen unterschiedlicher Länge realisiert. Derartige Teilanordnungen sind auf der rechten Seite der FIG. 5 dargestellt.
Claims
Patentansprüche
Phasenschieber insbesondere für Millimeterwellenanwendungen, dadurch gekennzeichnet, daß er als mikromechanischer Schalter ausgebildet ist und seine Dicke d der Isolationsschicht (4) abhängig von der geschalteten Phasenverschiebung Φ gewählt ist. Phasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber im geschalteten und im ungeschalteten Zustand im Transmissionszustand geführt ist .
Phasenschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d nach folgender Beziehung
π * f * Z0 * A d = \ εn * ε. elf tan(-Φ)
gewählt ist .
4. Phasenschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke d nach folgender Beziehung
dΛ εeff (d , J 77I" * j f * 7.0 * fc0 * F t.eff * n A. * (lA d = + 'eff + tan(-Φ)
gewählt ist
Phasenschieber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flächige
Isolationsschicht (4) Ausnehmungen aufweist, durch die die effektive Dielektrizitätszahl εe£f festgelegt ist.
6. Phasenschieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen schachbrettartig durch Stege voneinander getrennt in der Isolationsschicht (4) angeordnet sind.
7. Anordnung aus mehreren Phasenschieber nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der mehrere Phasenschieber
(1) über eine gemeinsame Signalleitung (3) und wenigstens eine gemeinsame Masseleitung (5), die insbesondere als Koplanarleitung ausgebildet sind, gemeinsam ansteuerbar sind, wobei die Brückenleitungen (6) mit der/den Masseleitung/en verbunden sind.
8. Anordnung aus mehreren Phasenschieber nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der mehrere Phasenschieber
(1) in einem Abstand von etwa λ/4 in Reihe angeordnet sind.
Priority Applications (2)
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Publications (1)
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