طراحی، تحلیل و شبیه‌سازی یک سلول واحد سه‌حالته برای شیفت‌دهنده فاز 6 بیتی MEMS از نوع DMTL با رویکرد کاهش اندازه و تلفات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی واحد فیروزکوه

2 عضو هیات علمی گروه مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات

3 Urmia University

چکیده

شیفت‌دهنده فاز به‌عنوان یکی از اجزای کلیدی ادواتی نظیر رادارها و سیستم‌های آرایه فازی محسوب می‌شود. در این مقاله طراحی، تحلیل و شبیه‌سازی یک شیفت‌دهنده فاز 6 بیتی با اندازه بسیار کوچک و تلفات پایین با استفاده از فناوری MEMS ارائه می‌شود. ساختار پیشنهادی از 17 سلول واحد که هر سلول قابلیت تولید سه شیفت فاز 625/5 ، 25/11 و 5/22 درجه را دارد.، تشکیل شده است. سلول واحد پیشنهادی شامل یک خط انتقال موج‌بر هم‌صفحه، یک پل MEMS و دو پل فلز هوا فلز است که از نظر الکتریکی به‌صورت سری به‌هم متصل هستند. در سه مرحله مختلف این پل‌ها با اعمال ولتاژ تحریک شده و ترکیب الکتریکی آن‌ها ظرفیت خازنی خط انتقال را تغییر داده و شیفت فاز موردنظر را ایجاد می‌کند. شیفت‌دهنده ‌فاز پیشنهادی با استفاده از روابط حاکم بر شیفت‌دهنده‌های فاز خط انتقال توزیعی و با استفاده از نرم‌افزار متلب مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و برای صحت‌سنجی نتایج، ساختار ارائه‌شده با استفاده از نرم‌افزار فرکانس بالای ANSOFT HFSS شبیه‌سازی شده است. نتایج محاسبات و شبیه‌سازی نشان می‌دهد که شیفت‌دهنده فاز 6 بیتی طراحی شده با اندازه 5/8 میلی‌متر دارای میانگین تلفات dB 2/1 و خطای فاز مؤثر 35/1 درجه است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design, Analysis and Simulation of a Low Loss and Compact Size 6-bit DMTL Phase Shifter with a Three-State Unit Cell

نویسندگان [English]

  • Majid Teymouri 1
  • Massoud Dousti 2
  • saeid afrang 3
1 dep of electrical eng.. Firouzkouh Univrsity
2 Department of Electrical and Computer Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
3 Dep of electrical eng. Urmia university
چکیده [English]

Phase shifter is one of the main components of the radar and phased array systems. In this paper, a six bit small size low loss MEMS phase shifter is designed, analyzed and simulated. The proposed phase shifter consists of 17 unit cells and each unit can generate three different phase shifts e.g. 5.625, 11.25 and 22.5 degree. The designed unit cell structure includes a co-planar waveguide transmission line, one MEMS bridge and two metal air metal bridges. The bridge capacitors are electrically in series. The bridges are actuated in three different modes, in each mode the distributed capacitance on transmission line and the phase velocity are changed so that a phase shift is achieved. This design reduces the unit cell numbers from 64 in classic 6-bit phase shifter and 32 in two-state one to only 17 unit cells. Therefore, the overall size of the 6-bit phase shifter is reduced. The designed structure is simulated using ANSOFT HFSS and Intellisuite software. Based on the simulation results, the phase shifter is only 11.2mm in size, the roots mean square (RMS) phase error is 1.35 and average loss is 1.2dB. The compact size, low RMS phase error, low loss and low actuation voltage are the main advantages of the designed MEMS phase shifter.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Phase Shifter
  • MEMS
  • Unit Cell
  • Insertion Loss
  • Return Loss