В последнее десятилетие устройства, изготовленные с использованием технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС), претерпели колоссальное развитие в различных областях информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). В особенности последние тенденции к взаимодействию компонентов интегральных схем (ИС) с внешней средой подтолкнули к разработке инновационных устройств и технологий, способных сочетать электрические свойства с несколькими различными физическими областями. В частности, МЭМС устройства, использующие миниатюрную подвижную конструкцию, перемещение или положение которой может контролироваться по средством электростатического, теплового, магнитного, жидкостного и электромагнитного механизма активации.
Одна из наиболее перспективных областей применения МЭМС технологии связана со схемами и устройствами сверхвысоких частот (СВЧ) и радиочастотной (РЧ) связи. В последние годы введение и распространение новых стандартов беспроводной радиосвязи, в частности пятого поколения мобильной радиосвязи (5G) поставило новые задачи в разработке аппаратного обеспечения радиочастотных модулей и систем. На уровне одного отдельного электронного устройства наиболее важными для рассмотрения являются таких характеристики как: низкое энергопотребление, высокая линейность и большая пропускная способность, которыми должен характеризоваться каждый компонент для обеспечения высокой производительности беспроводных систем радиосвязи и мобильных сетей 5G. На системном уровне высоко технологичные и реконфигурируемые схемы и устройства позволяют современным беспроводным системам радиосвязи быть мультиплатформенными, то есть интегрировать все наиболее сложные используемые стандарты радиосвязи (такие как UMTS, GSM, WiFi, Bluetooth, WiMAX) без потери компактности и качества передачи радиосигнала. Технология РЧ МЭМС позволяет создавать устройства и схемы, которые могут отвечать требованиям и возможностям, упомянутым выше.
Идея РЧ МЭМС заключается в использовании миниатюрных подвижных конструкций для реализации высокоэффективных резонаторов, варакторов, индукторов и переключателей. Области применения включают в себя мобильные телефонные терминалы, базовые станции, фазированные антенные решетки, многоцелевые радары, высококачественные испытательные приборы и спутниковые полезные нагрузки.
РЧ МЭМС переключатели демонстрируют превосходную производительность с точки зрения потерь, линейности, энергопотребления и частоты среза по сравнению с коммерческими твердотельными устройствами, такими как PIN диодные или FET переключатели (на основе полевых транзисторов). РЧ МЭМС переключатель относится к пассивным СВЧ устройствам поскольку характеризуется крайне низким энергопотреблением в режиме активации, по этой причине данный тип миниатюрных СВЧ переключателей на основе микромеханики может быть интегрирован и применен с целью разработки маломощных, перенастраиваемых фильтров с малыми потерями на отражение и аттенюаторов, в цепях согласования импеданса, цифровых фазовращателей, а также для коммутации СВЧ линий передачи в антенных системах и т. д. Кроме того, конструкции РЧ МЭМС переключателей, изготовленные по поверхностной технологии изготовления микромеханических устройств, могут быть интегрированы в щелевые, микрополосковые и копланарные волноводы.
В последние годы одним из интересных приложений для применения РЧ МЭМС переключателей является развитие и переход на стандарты мобильный радиосвязи пятого поколения. Одной из основополагающих причин, свидетельствующих о растущем спросе на пассивные компоненты, выполненные с использованием РЧ МЭМС технологии, является развитие и переход на стандартны радиосвязи 5G. В мобильных системах беспроводной радиосвязи 5G по сравнению с предыдущими технологиями радиосвязи (например, 1G, 2G, 3G и 4G), 5G будет значительно улучшена с точки зрения невероятно высокого объема и скорости передачи данных, огромного количества подключенных устройств, более короткой сквозной задержки (E2E) и очень широкой полосы частот. С появлением и развитием Интернета Вещей (Internet of Things), который в конечном счете соединит любые объекты и объекты окружающей среды в нашем повседневном жизненном опыте, зарабатывая свою собственную идентичность в цифровом мире, с помощью интернета, ожидается, что системы 5G будут способствовать этому, поскольку они способны обеспечить до 1000 раз большую пропускную способность современных мобильных сетей. Поскольку эта новая технология внедрена и используется широким классом компонентов, таких как широкополосные переключатели, переключающие блоки, многопозиционные импедансные тюнеры и многопозиционные фазовращатели, реконфигурируемые фильтры, программируемые шаговые аттенюаторы, гибридные устройства, а также миниатюрные антенны и массивы, эти компоненты потребуют самостоятельного обновления для поддержки превосходной производительности сетей 5G. Ключевые РЧ подсистемы в РЧ приемопередающих устройствах 5G включают антенны, перестраиваемые фильтры, усилители мощности и MIMO, RFFE.
В представленном проекте предлагается замена традиционно применяемых активных полупроводниковых переключателей на основе PIN диодов и FET транзисторов РЧ МЭМС переключателями с целью их применения в радиочастотных модулях 5G. Для выполнения поставленной задачи командой проекта уже проведена разработка, изготовлены и испытаны однополюсные однонаправленные (SPST) РЧ МЭМС переключатели под наиболее применимый частотный диапазон 5G NR FR1, а полученные технические характеристики удовлетворяют требованиям, предъявляемым к РЧ переключающим элементам радиочастотных модулей мобильных сетей пятого поколения. Проект находится на стадии MVP; уровень технологической готовности TRL6. Планируется расширение номенклатуры изготавливаемых РЧ МЭМС переключателей под различные частотные диапазоны, а также разработка РЧ МЭМС фильтров, индукторов и перестраиваемых конденсаторов для большего замещения традиционно применяемых РЧ компонентов в радиочастотных модулях 5G, и повышения их технических характеристик.

На страницу проекта