شبیه سازی سوئیچ RF MEMS
سوئیچ RF MEMS یک جزء الکترومکانیکی است که در سیستم های RF یافت می شود. معمولاً از یک پل یا کنسول میکرومکانیکی، یک بستر و یک الکترود یا لایه دی الکتریک تشکیل شده است. این دستگاهها میتوانند در فرکانسهای RF سوئیچ شوند و تمایل به ایزولاسیون بالایی دارند، یعنی زمانی که سوئیچ خاموش میشود، برق از دست میرود. اتلاف درج کم (از دست دادن قدرت سیگنال هنگام روشن بودن سوئیچ) و مصرف برق بسیار کم (تقریباً صفر!). بیایید نگاهی به نحوه استفاده از COMSOL Multiphysics برای شبیه سازی سوئیچ RF MEMS بیندازیم.
تجزیه و تحلیل ظرفیت و نیروهای تماس
مدل سوئیچ RF MEMS موجود در گالری مدل COMSOL، نحوه شبیهسازی و تجزیه و تحلیل نیروهای تماس و تغییرات خازنی را که در حین کار سوئیچ رخ میدهد، نشان میدهد. هندسه سوئیچ شامل یک پل میکرومکانیکی نازک است که از صفحه مربعی پلی سیلیکون ساخته شده است. صفحه 0.9 میکرومتر بالای یک فیلم نیترید سیلیکون با ضخامت 0.1 میکرومتر معلق است. در زیر فیلم یک الکترود ضد زمین وجود دارد.
هدف اصلی این شبیه سازی تقریبی زمان تماس پل با فیلم و محاسبه ظرفیت سوئیچ در زمانی که پل به طور کامل به داخل کشیده می شود است. زبانهها در گوشههایی که آن را لنگر میاندازند)، و لایه نیترید با استفاده از تابعی مدلسازی میشود که ثابت دی الکتریک را در سراسر شکاف بین پل و فیلم تغییر میدهد. همانطور که پل به داخل فیلم فشار می آورد، مش – که برای مدل سازی شکاف استفاده می شود – به لایه نیترید فشرده می شود.
از آنجایی که سوئیچ متقارن است، تنها لازم است یک ربع هندسه مدل سازی شود:
هندسه سوئیچ RF MEMS همانطور که در COMSOL Multiphysics همراه
با ماژول MEMS مدل شده است .
در کلیدی مانند این، پل با پایین کشیدن فیلم به پتانسیل و ولتاژ الکتریکی اعمال شده پاسخ می دهد. با افزایش ولتاژ، پل بیشتر و بیشتر به فیلم خم می شود و باعث می شود ظرفیت دستگاه به طور چشمگیری افزایش یابد. ما تماس بین پل و فیلم را با استفاده از تکنیکی به نام روش پنالتی شبیه سازی می کنیم – یک الگوریتم حل که به توصیف نیروهای وارد شده در سیستم کمک می کند.
مدل سوئیچ RF MEMS
ما میخواهیم بفهمیم که پل هنگام بستن شکاف چگونه خم میشود و ظرفیت آن را در دو پیکربندی بدانیم. شکل زیر شماتیکی از عملکرد سوئیچ و هندسه مدل را در حالت های “خاموش” و “روشن” نشان می دهد.
سمت چپ، شماتیک عملکرد سوئیچ را نشان می دهد. سمت راست، جابجایی سوئیچ در هنگام کشیدن (رنگی)
و همچنین موقعیت اصلی سوئیچ در حالت خاموش (قاب سیم).
سوئیچ بین دستگاه و منبع AC قرار می گیرد. هنگامی که سوئیچ خاموش است (بالا سمت چپ در شکل بالا)، ظرفیت کوچک آن مانند یک مدار باز برای سیگنال AC ظاهر می شود. هنگامی که یک ولتاژ DC علاوه بر ولتاژ AC اعمال می شود، سیلیکون روی لایه نیترید ایزوله به سمت پایین کشیده می شود و سوئیچ روشن می شود (پایین سمت چپ در شکل بالا). در این پیکربندی، ظرفیت خازن بسیار بزرگتر است و سوئیچ مانند یک مدار بسته به سیگنال AC ظاهر می شود.
ما میتوانیم سطح لایه نیترید را بهعنوان فنر غیرخطی مدلسازی کنیم – جایی که «سفتی» زمانی که هیچ تماسی بین پل و لایه وجود ندارد کم است، اما با نزدیکتر شدن پل به فیلم و باریک شدن شکاف افزایش مییابد. دانستن یا تخمین دقیق این ثابت فنر، محاسبه ولتاژی را که باعث میشود پل به داخل کشیده شود و با فیلم تماس پیدا کند، ممکن میسازد. به این ولتاژ کششی می گویند .
با نزدیک شدن پل به فیلم، در اینجا چه اتفاقی برای ظرفیت خازنی می افتد:
نمودار ظرفیت سوئیچ در طول زمان که با افزایش ولتاژ تغییر می کند.
برای 30 میکروثانیه اول نسبتاً ثابت می ماند و سپس یک پرش ناگهانی انجام می دهد. در این نقطه بیشتر پل با فیلم در تماس است. جابجایی در اینجا 0.9 میکرومتر است، بنابراین پل شکاف بین آنها را کاملاً بسته است. تقریباً همزمان با این افزایش قابل توجه در ظرفیت، جابجایی جهشی مشابه ایجاد می کند:
نمودار جابجایی در طول زمان.
معلوم می شود که ظرفیت خازن سریعتر از جابجایی تغییر می کند، زیرا ثابت دی الکتریک غیر یکنواخت در شکاف است.
بیشتر خواندن
- مدل RF MEMS Switch و دستورالعمل های گام به گام انجام این شبیه سازی را از گالری مدل دانلود کنید .
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید