Вплив шорсткості поверхні комутуючих елементів НВЧ перетворювачів на ємність системи

Abstract

Описано та проаналізовано інтенсивний розвиток радіотехнічних приладів і систем зв’язку. Покращено характеристики таких приладів за рахунок застосування мікроелектромеханічних систем (МЕМС), для чого використано різноманітні види комутуючих елементів на основі МЕМС. Застосування перетворювачів на основі МЕМС дозволило забезпечити низькі внесені втрати енергії, потужність керування, собівартість виробництва і високу надійність таких пристроїв.

Доведено, що однією з найважливіших характеристик таких радіотехнічних приладів і систем зв’язку є шорсткість поверхні комутуючих елементів (ключів), до яких висуваються конкретні вимоги по механічній обробці поверхні комутації, а також товщині нанесеного шару діелектрика на поверхню комутуючих елементів. Доведено, що зі збільшенням шорсткості поверхні відбувається зменшення ємності в нижньому положенні мембрани. Тому для отримання оптимального співвідношення ємностей необхідно забезпечувати шорсткість поверхонь в мікросистемі якомога меншою. Визначено, що основними властивостями діелектричних активних середовищ є механічні та електричні, які пов’язані між собою.

Розглянуто залежність між шорсткістю пружних комутуючих елементів та накопичувальною при цьому ємністю, яка виникає між пружним елементом та діелектричною основою. Запропоновані результати дають можливість зрозуміти необхідність виконання пружних елементів з високим ступенем обробки поверхні для забезпечення безперебійного керування системою для прийому вхідних телевізійних сигналів. З використанням запропонованої методики розрахунку МЕМС конструкцій з електромагнітними активними середовищами спроектований і виготовлений макет, як експериментальна установка для дослідження керованого перетворювача поляризації С діапазону на МЕМС структурах.

Описано и проанализировано интенсивное развитие радиотехнических приборов и систем связи. Улучшены характеристики таких приборов за счет применения микроэлектромеханических систем (МЭМС), для чего использованы различные виды коммутирующих элементов на основе МЭМС. Применение преобразователей на основе МЭМС позволило обеспечить низкие вносимые потери энергии, мощность управления, себестоимость производства и высокую надежность таких устройств.

Доказано, что одной из важнейших характеристик таких радиотехнических приборов и систем связи является шероховатость поверхности коммутирующих элементов (ключей), к которым предъявляются конкретные требования по механической обработке поверхности коммутации, а также толщины нанесенного слоя диэлектрика на поверхность коммутирующих элементов. Доказано, что при увеличении шероховатости поверхности происходит уменьшение емкости в нижнем положении мембраны. Поэтому для получения оптимального соотношения емкостей необходимо обеспечивать как можно меньшую шероховатость поверхностей в микросистеме. Определено, что основными свойствами диэлектрических активных сред являются связанные между собой механические и электрические.

Рассмотрена зависимость между шероховатостью упругих коммутирующих элементов и накопительной при этом емкостью, которая возникает между упругим элементом и диэлектрической основой. Предложенные результаты дают возможность понять необходимость изготовления упругих элементов с высокой степенью обработки поверхности для обеспечения бесперебойного управления системой при приеме входящих телевизионных сигналов. С использованием предложенной методики расчета МЭМС конструкций с электромагнитными активными средами спроектирован и изготовлен макет, как экспериментальная установка для исследования управляемого преобразователя поляризации С диапазона на МЭМС структурах.

In this article the intensive development of radio engineering devices and communication systems is described and analyzed. The characteristics of such devices have been improved due to the use of microelectromechanical systems (MEMS), which uses various types of switching elements based on MEMS. Application of converters based on MEMS has allowed providing low input energy losses, power management, cost of production and high reliability of such devices.

It is proved that one of the most important characteristics of such radio engineering devices and communication systems is the roughness of the surface of the switching elements (keys), to which the specific requirements for the mechanical processing of the switching surface, as well as the thickness of the applied layer of the dielectric on the surface of the commuting elements are put forward. It is proved that with increasing roughness of the surface there is a decrease in the capacity in the lower position of the membrane. Therefore, in order to obtain the optimal ratio of capacities, it is necessary to ensure that the surfaces of the microsystem are roughened as little as possible. It is determined that the main properties of dielectric active media are mechanical and electrical interconnected ones.

In the article the dependence between the roughness of elastic commuting elements and the capacitance that arises between the elastic element and the dielectric basis is considered. The proposed results make it possible to understand the necessity of implementing elastic elements with a high degree of surface finish to ensure uninterrupted control of the system when receiving incoming TV signals. Using the proposed methodology for calculating MEMS designs with electromagnetic active media, a model has been designed and manufactured as an experimental setup for studying a controlled C polarization converter on MEMS structures.