IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 26, No. 11 (November 2013) 1337-1346   

downloaded Downloaded: 231   viewed Viewed: 2238

B. A. Ganji and A. Razeghi
( Received: November 15, 2012 – Accepted: April 18, 2013 )

Abstract    Abstract - This paper presents a new design of microwave microelectromechanical systems (MEMS) phase shifter for dual band wireless local area network (WLAN) applications. A bit is designed which product a constant phase shift of 11.25° by switching between two line that consist of 12 and 6 unitcells in each frequency band. A unitcell is constructed by gold membrane suspended over the coplanar waveguide (CPW) that can be moved vertically by electrostatic actuation which can ultimately be used for changing the operating frequency band. Two states of unitcell are used to switch between two frequency bands of 2.4 GHz and 5.2 GHz (IEEE 802.11 standard employed in dual band WLAN systems). First, a closed form equation of simplified model of structure is obtained. Then using this equation and advanced design system (ADS) simulator, the dual band phase shifter is designed. The validation of modeling and equations are demonstrated using the High Frequency Structure Simulator (HFSS). At the frequency of 2.4 GHz, maximum return and insertion losses are -16.96 and -0.12 dB, respectively that exhibit a phase shift efficiency of 93.75 °/dB (60.22 °/cm). At the frequency of 5.2 GHz, maximum return and insertion loss are -16.86 and -0.15 dB, respectively exhibiting a phase shift efficiency of 75 °/dB (60.22 °/cm). The new proposed design is only to achieve a dual band phase shifter using MEMS technology which has low loss and weight with high linearity respect to the other technologies.


Keywords    MEMS, Dual Band, phase shifter, coplanar waveguide, return and insertion losses


چکیده    این مقاله یک طراحی جدیدی از تغییردهندهی فاز میکروالکترومکانیکی (MEMS) برای کاربردهای شبکه محلی بی سیم (WLAN) دو بانده ارائه می دهد. یک بیت با شیفت فاز ثابت 11.25 طراحی می شود. این شیفت فاز با سوئیچ کردن بین دو مسیر شامل سلول های واحد به تعداد متفاوت 6 و 12 در هر باند فرکانسی ایجاد می شود. یک سلول واحد از غشای طلای معلق بر موج بر هم صفحه (CPW) ساخته می شود. غشا تحت تحریک الکتروستاتیکی می تواند به صورت عمودی حرکت داده شود و بدین ترتیب سبب تغییر باند فرکانسی کاری شود. دو حالت از سلول واحد برای سوئیچ بین دو باند فرکانسی GHz2.4 و GHz5.2 (استاندارد IEEE 802.11 برای سیستم های WLAN دوبانده) استفاده می شود. ابتدا یک معادله ی بسته از مدل ساده ساختار بدست آورده می شود. سپس با استفاده از این معادله و شبیه ساز ADS تغییردهنده ی فاز دوبانده طراحی می شود. اعتبار مدل سازی و معادلات با استفاده از شبیه ساز ساختار فرکانس بالا (HFSS) نشان داده می شود. در فرکانس GHz2.4 ماکزیمم تلفات برگشتی و جایگذاری به ترتیب برابر dB 16.96- و 0.12- می باشند که بهره ی شیفت فاز /dB 93.75 (/cm60.22) به نمایش می گذارند. در فرکانس GHz5.2 ماکزیمم تلفات برگشتی و جایگذاری به ترتیب برابر dB 16.86- و 0.15- می باشند که بهره ی شیفت فاز /dB 75 (/cm60.22) به نمایش می گذارند. طراحی ارائه شده ی جدید تنها روش برای دستیابی به تغییر دهنده ی فاز دوبانده با استفاده از تکنولوژی MEMS می باشد که دارای تلفات و وزن پایین به همراه خطی بودن بالا نسبت به دیگر تکنولوژی هااست.



1.     Tang, K., Wu, Y.-m., Wu, Q., Wang, H.-l., Zhu, H.-c., and Li, L.-W., "A novel dual-frequency rf mems phase shifter", in Electromagnetic Compatibility and 19th International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility, APEMC Asia-Pacific Symposium on, IEEE. (2008), 750-753.

2.     Tang, X. and Mouthaan, K., "Dual-band class iii loaded-line phase shifters", in Microwave Conference Proceedings (APMC), Asia-Pacific, IEEE. (2010), 1731-1734.

3.     Ocera, A., Sbarra, E., Gatti, R. V. and Sorrentino, R., "An innovative reconfigurable reflection-type phase shifter for dual band wlan applications", in Microwave Conference, 36th European, IEEE. (2006), 64-67.

4.     Banbury, D. R., Fayyaz, N., Safavi-Naeini, S. and Nikneshan, S., "A cmos 5.5/2.4 ghz dual-band smart-antenna transceiver with a novel rf dual-band phase shifter for wlan 802.11 a/b/g", in Radio Frequency Integrated Circuits (RFIC) Symposium, 2004. Digest of Papers, IEEE, (2004), 157-160.

5.     De Luis, J. R. and de Flaviis, F., "A reconfigurable dual frequency switched beam antenna array and phase shifter using pin diodes", in Antennas and Propagation Society International Symposium, APSURSI'09. IEEE, (2009), 1-4.

6.     Rebeiz, G., "Rf mems theory, design and technology, 2003", Hoboken NJ: Wiley,

7.     Simons, R. N., Coplanar waveguide circuits, components, and systems, Wiley, (2001)

8.     Aghamoradi, F., The development of high quality passive components for sub-millimetre wave applications., University of Glasgow, (2012)

9.     Akgun, C. E., Drayton, R. F., Amey, D. I. and Mobley, T. P., "Application of uniplanar structures for high frequency material characterization", International Society for Optical Engineering, (2003), 621-626.

10.   Cheng, D. K., "Field and wave electromagnetics", Addison-Wesley New York,  Vol. 2,  (1989).

11.   Ladabaum, I., Jin, X., Soh, H. T., Atalar, A. and Khuri-Yakub, B., "Surface micromachined capacitive ultrasonic transducers", Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE Transactions on,  Vol. 45, No. 3, (1998), 678-690.

12.   Chowdhury, S., Ahmadi, M. and Miller, W. C., "A new method of electrostatic force modeling for mems sensors and actuators", in MEMS, NANO and Smart Systems, International Conference on, IEEE., (2005), 431-435.

13.   Somjit, N., Stemme, G. and Oberhammer, J., "Binary-coded 4.25-bit w-band monocrystalline-silicon mems multistage dielectric-block phase shifters", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,  Vol. 57, No. 11, (2009), 2834.

14.           Van Der Meijs, N. and Fokkema, J., "Vlsi circuit reconstruction from mask topology", Integration, the VLSI Journal,  Vol. 2, No. 2, (1984), 85-119.  

International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir