Research/RF-MEMS Switch for 5.8GHz Phase Shifter

2008-05-30 (金) 05:56:22 (3890d)

#multilang(en_US){{
*Comsat Link with APAA (Active Phased Array Antenna) [#ee244fdf]
}}

#multilang(ja_JP){{
*APAA(アクティブ位相アレイアンテナ)による人工衛星通信
}}

comsatlink.png

#multilang(ja_JP){{
総務省受託研究*1の一環として、「高マイクロ波帯用アンテナ技術の高度化技術の研究開発 」というプロジェクトに参加しています。このプロジェクトは、JAXA、京都大学、日本無線株式会社との共同研究で、地上移動基地局の衛星通信に使用する位相アレイアンテナを安価に供給するための技術を開発するものです。平成17年4月からの4年間のプロジェクトとして、現在遂行中です。
}}

#multilang(en_US){{
Our lab is participating an entrusted research from the Japan MIC *2 R&D project on active phased array antenna system in joint names with JAXA *3, Kyoto University and Japan Radio Co. for four years since April 2006.
}}

#multilang(en_US){{
*MIC APAA Project [#w30ec83a]
}}

#multilang(ja_JP){{
*総務省APAAプロジェクト
}}

APAAproject.png

#multilang(ja_JP){{
このプロジェクトでは、研究機関が独自の技術を持ち寄って位相アレイアンテナを開発します。JAXA(機関代表:高野名誉教授)のグループでは、位相アレイアンテナの間引き給電アンテナ技術と、その制御LSI回路を開発中です。京都大学(機関代表:川崎教授)では、アンテナ用の低ノイズアンプ(LNA)と移相器回路を開発します。日本無線株式会社(機関代表:須田研究員)では、アンテナ全体のとりまとめと、要素部品の実装を担当します。当研究室(東大生産研=機関代表:年吉教授)では、移相器に実装するスイッチをMEMS技術を用いて開発しています。
}}

#multilang(en_US){{
Each of our research partners brings its expertise to co-develop APAA *4: JAXA (Prof. T. Takano) undertakes the development of patch array antenna with reduced active nodes and its control LSI. Kyoto University (Prof. S. Kawasaki) develops LNA *5 and LTCC phase shifter circuits. Japan Radio Co. (Mr. T. Suda) makes a package of whole antenna system and components assembly. Our lab at IIS (Prof. H. Toshiyoshi) develops RF-MEMS switches to compose a phase shifter.
}}

#multilang(en_US){{
*A 5.8-GHz Microwave Phase Shifter with RF-MEMS Switches [#k195d4e2]
}}

#multilang(ja_JP){{
*RF−MEMSスイッチを用いた5.8GHz帯マイクロ波移相器
}}

MEMSps.png

#multilang(ja_JP){{
位相アレイアンテナには、小さなアンテナの集合体であり、各アンテナに給電する信号の位相を制御することにより、電波の発信方向(指向性)を電子的に制御します。また、アンテナで受信した信号の位相を調整して合波することにより、特定方向からの信号を感度よく検出します。その位相を調整する部品が移相器です。本プロジェクトの移相器(京都大学開発)は、LTCC基板*6の多層配線を用いています。その表面にスイッチを実装(日本無線株式会社担当)して、LTCC内部の遅延線経路を選択することにより、5.8GHz帯の信号の0~180°の位相を4ビットで制御するものです。従来は、FET型やPINダイオード型のスイッチが使われていましたが、より低い挿入損失(ON時)とより高いアイソレーション(絶縁、OFF時)を実現するために、金属接点型のRF-MEMSスイッチを開発中です。
}}

#multilang(en_US){{
APAA is an ensemble of tiny patch antennae, and signal to each antenna is individually controlled to tune the delay. As a whole, the antenna array can control the direction of radiation. It can also handle the direction of antenna coupling by the same manner. Phase shifter is to control the delay of microwave signals traveling in the waveguide. In our system, we use an LTCC *7 substrate to accommodate microwave delay lines, and RF-MEMS switches on the LTCC choose the path length to control the phase shift in four bit binary between 0 degree to 180 degrees at 5.8 GHz. Conventional phase shifter used FET transistors or PIN diodes. Compared with them, RF-MEMS switches are expected to have lower insertion loss and higher isolation. We develop RF-MEMS switch of metal-to-metal contact.
}}

#multilang(en_US){{
*An SOI Silicon Bulk Micromachined SPDT RF-MEMS Switch [#s5a7a830]
}}

#multilang(ja_JP){{
*SOIバルクマイクロマシニングによるSPDT型RF-MEMSスイッチ
}}

spdtstructure.png
yamaneswitch2007.png

#multilang(ja_JP){{
本研究では、SOI基板の両面をDRIE(シリコン高アスペクト比ドライエッチング)で加工することにより、静電アクチュエータ駆動型のSPDT*8のRF-MEMSスイッチを開発中です。性能として、1.5mm角の実装面積内で、駆動電圧40V以下、挿入損失0.5dB/スイッチ以下のスイッチを研究開発しています。また、周波数5.8GHzの次のステップとして、12GHz以上の周波数帯に利用できるRF-MEMSスイッチと移相器を開発しています。
}}

#multilang(en_US){{
Our approach to develop an SPDT *9 RF-MEMS is to use the DRIE *10 technique on an SOI *11 substrate. Our target is a device footprint of 1.5 mm by 1.5 mm or smaller operated at 40 Vdc or less and at 0.5 dB loss. After a 5.8 GHz switch, we next aim at applications for 12 GHz or higher.
}}

yamaneswitch.gif

Links


*1 総務省・電波資源拡大のための研究開発
*2 Ministry of Internal Affair and Communication
*3 JAXA = Japan Aerospace Exploration Agency
*4 Active Phased Array Antenna
*5 Low Noise Amplifier
*6 LTCC = Low Temperature Co-fired Ceramic
*7 Low Temperature Co-Fired Ceramic
*8 Single Pole Double Throw = 1入力2出力型
*9 Single Pole Double Throw
*10 Deep Reactive Ion Etching
*11 Silicon on Insulator