Micromachined polymer based components for highly integrated millimeterwave subsystems

Abstract

La región de microondas en el espectro electromagnético tiene propiedades únicas que le permiten a las señales propagarse a través de la atmósfera bajo casi cualquier condición climática, ésta es la razón por la cual los sistemas de microondas han tenido un enorme impacto sobre la sociedad. En los últimos años se ha presentado una importante expansión en las comunicaciones móviles y en las redes de área local, emergiendo nuevas aplicaciones a frecuencias micro/milimétricas, tales como: la transmisión satelital a 35 GHz, las redes de área local de banda ancha a 60 GHz, comunicación entre vehículos a 63 GHz o en radares para evitar colisiones entre vehículos a 77 GHz. A medida que estas aplicaciones han emigrado a frecuencias más elevadas, las limitaciones de las tecnologías convencionales han sido visibles. Por lo cual en los últimos años se ha presentado un creciente interés en el desarrollo de nuevas técnicas de fabricación para la implementación de dispositivos de microondas; las cuales ofrezcan un mejor rendimiento del dispositivo a la vez que una reducción en sus dimensiones y en los costos de fabricación. El principal objetivo de este trabajo ha sido la implementación de dispositivos de filtrado en un amplio rango de frecuencias (banda X, U y V). Las topologías aquí presentadas son novedosas al introducir resonadores y líneas de alimentación suspendidas en aire, donde el uso de aire como dieléctrico permite obtener un factor de calidad mayor. Además el proceso de fabricación es relativamente simple y de bajo costo, ofreciendo estructuras compactas las cuales pueden ser altamente integradas. En la implementación de los dispositivos se utilizaron técnicas de maquinado convencional para los diseños en la banda X y técnicas de micromaquinado en SU-8 en los dispositivos de las bandas U y V. Las estructuras para la banda X fabricadas mediante maquinado convencional sirvieron como validación de las topologías a frecuencias más elevadas. Las estructuras diseñadas han demostrado la viabilidad de las topologías para un amplio rango de frecuencias, obteniendo resultados satisfactorios en cuanto a las prestaciones del dispositivo.

The microwave region in the electromagnetic spectrum has properties that allow signals to propagate through the atmosphere under almost any weather condition, this is the reason why microwave systems have had an enormous impact on society. In recent years there has been a major expansion in mobile communications and local area networks, emerging new applications at micro/millimeterwave frequencies, such as: satellite transmission at 35 GHz, wideband local area networks at 60 GHz, communication among vehicles at 63 GHz or vehicular collision avoidance radar at 77 GHz. As these applications have migrated to higher frequencies, the limitations of conventional technologies have been visible. Therefore in recent years there has been a growing interest in the development of new manufacturing techniques for the implementation of microwave devices; which offer better device performance as well as a reduction in the size and manufacturing costs. The main objective of this work has been the implementation of filtering devices in a wide range of frequencies (X, U and V-band). The topologies presented are novel introducing resonators and air suspended feed lines, where the use of air as dielectric allows a higher quality factor. Besides manufacturing process is relatively simple and inexpensive, providing compact structures which can be highly integrated. In the implementation of the devices were used conventional machining techniques for X-band designs and micromachining techniques in SU-8 for U and V-band desings. The X-band structures manufactured by conventional machining served as validation of the topologies at higher frequencies. The designed structures have shown the feasibility of the topologies for a wide range of frequencies, with satisfactory results regarding the performance of the device.