EP1328997B1 - Coplanar switch - Google Patents

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Publication number
EP1328997B1
EP1328997B1 EP01987957A EP01987957A EP1328997B1 EP 1328997 B1 EP1328997 B1 EP 1328997B1 EP 01987957 A EP01987957 A EP 01987957A EP 01987957 A EP01987957 A EP 01987957A EP 1328997 B1 EP1328997 B1 EP 1328997B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection
capacitance
waveguide
signal line
capacitor arrangement
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01987957A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1328997A1 (en
Inventor
Roland Mueller-Fiedler
Thomas Walter
Markus Ulm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1328997A1 publication Critical patent/EP1328997A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1328997B1 publication Critical patent/EP1328997B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/2013—Coplanar line filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/12—Auxiliary devices for switching or interrupting by mechanical chopper
    • H01P1/127—Strip line switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/003—Coplanar lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics

Definitions

  • microswitches are formed here by so-called cantilevers, that is to say cantilevered microbeams.
  • micromechanical switch is from the font " Barker et al .: Distributed MEMS True Time Delay Phase Shifters and Wide-Band Switches, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 46, No. 11, 1998, pages 1881-1889 , known. It is proposed to provide a plurality of parallel microbridges, each having a certain width and a certain distance from each other.
  • micromechanical microwave switch which comprises a membrane which is movable in one of its partial areas.
  • the device according to the invention with the features of the main claim has the advantage that in the on state, the insertion loss is reduced and that at the same time in the off state Isolation of the switch is increased.
  • advantageous design changes to the device are possible, such as, for example, a smaller distance between bridge and counterelectrode or lower field strength loading of the dielectric.
  • the additional connection between the ground lines of the waveguide increases the attractive area and thus the force pulling down the bridge, which lowers the switching voltage.
  • the first, the second and the third connection are metallic compounds.
  • the first, the second and the third connection are metallic compounds.
  • the third connection is mechanically deformable such that a first distance between the first connection and the third connection and a second distance between the second connection and the third connection can be changed at least in a partial area of the third connection.
  • the change in the capacitance of the capacitor arrangement by an electrostatic force between the first connection and the second connection on the one hand and the third connection on the other hand is effected.
  • two switching states of the device according to the invention can be provided by simple means, so that a safe and fast switchability of the device is ensured.
  • characterized the switching state of the device is always clearly defined.
  • the capacitor arrangement in Dependence of a predetermined electrical voltage between the first connection and the second connection on the one hand and the third connection on the other hand, a first predetermined total capacity and a second predetermined total capacity.
  • the first connection forms a first inductance in series with a first partial capacitance of the capacitor arrangement between the signal line and the ground lines and in the same case the second connection forms a second one Inductance forms in series with a second partial capacitance of the capacitor arrangement between the signal line and the ground lines, wherein the common impedance of the first sub-capacitance and the first inductance and the common impedance of the second sub-capacitance and the second inductance at an operating frequency substantially corresponds to their ohmic resistance.
  • the first connection and the second connection along the waveguide have a third distance, wherein the third distance is approximately the equivalent of a quarter of the wavelength at a Operating frequency corresponds.
  • the reflections on the capacitors formed by the counterelectrodes, that is to say the first and second connections, with the bridge, that is to say the third connection compensate each other in the switched-on state, that is to say in the case where the capacitor arrangement has the second total capacitance.
  • the adaptation of the switch structure is significantly improved, that is, the insertion loss decreases.
  • the operating frequency is about 77 GHz or about 24 GHz.
  • the device according to the invention is suitable for ACC applications (Adaptive Cruise Control) or for SRR applications (short range radar).
  • the predetermined length is provided such that reflections compensate at a transition between the signal line and the second connection. As a result, the insertion loss of the switch and thus the adjustment in the on state is improved.
  • the number of connections connecting the ground lines of the waveguide is odd.
  • the switching voltage can be reduced again because a compound connecting the ground lines connection in the middle of the length is providable, where at given Force the largest deflection achievable or at a given deflection, the lowest power is required.
  • FIG. 1 shows a micromechanical high frequency short circuit switch as an example of a device according to the invention with a capacitor arrangement.
  • a coplanar waveguide is applied to a substrate 100.
  • the coplanar waveguide according to the invention consists in particular of three coplanar electrically conductive lines, which, at least locally, substantially are guided parallel to each other.
  • the lines of the coplanar waveguide are provided in particular metallic and applied to the substrate 100, in particular by means of one or more galvanic process steps.
  • the substrate 100 according to the invention has in particular the property of having a low loss angle.
  • the two outer ones of the three lines of the coplanar waveguide correspond to a first ground line 110 and a second ground line 111, and the middle line corresponds to a signal line 120 of the coplanar waveguide.
  • FIG. 1 is shown in plan view of interest for the inventive device section of such guided on the substrate 100 coplanar waveguide.
  • the two ground lines 110, 111 of the coplanar waveguide are connected by means of a first electrically conductive connection 130 and by means of a second electrically conductive connection 131.
  • both the first connection 130 and the second connection 131 are applied directly to the substrate 100 and have a small "height" compared to the "height" of the ground lines 110, 111, that is, the first connection 130 and the second connection 131 connects the ground lines 110, 111 to their "foot" on the substrate 100.
  • the signal line 120 of the coplanar waveguide is interrupted. Therefore, the first connection 130 and the second connection 131 are also not electrically connected to the signal line 120.
  • a layer of an in. Is present on the first connection 130 and on the second connection 131 FIG. 1 Applied dielectric, not shown.
  • the surface of the application of the dielectric may be contiguous for the first connection 130 and the second connection 131 or be interrupted, so that both for the first connection 130 as well as for the second connection 131 is provided in each case a separate surface of the dielectric.
  • the interrupted signal line 120 is connected by means of a third electrically conductive connection 121.
  • the third connection 121 is provided in particular in the form of a metal connection bridge between the ends of the interrupted signal line 120.
  • the third connection 121 is provided at a certain distance from the plane of the substrate 100, wherein the distance of the third connection 121 to the substrate 100 or to the first connection 130 or to the second connection 131 corresponds approximately to the height of the signal line 120.
  • the third connection 121 In the absence of forces on the third connection 121, the third connection 121 "floats" between the ends of the interrupted signal line 120.
  • the third connection 121 is also referred to as a bridge or metal bridge 121.
  • FIG. 1 are further a first, designated by the letter C 1 section line, a second, designated by the letter C 2 section line, a third, designated by the letter A section line and a fourth, marked with the letter B section line shown.
  • the first section line C 1 intersects the device according to the invention perpendicular to the profile of the ground lines 110, 111 and the signal line 120 in the region of the first connection 130.
  • the second section line C 2 intersects the device according to the invention perpendicular to the profile of the ground lines 110, 111 and the signal line 120 in FIG
  • the third section line A intersects the device according to the invention parallel to the path of the lines 110, 111, 120 of the coplanar waveguide in the region of the first ground line 110.
  • the fourth section line B intersects the device according to the invention parallel to the course of the lines 110, 111 , 120 of the coplanar waveguide in the region of the signal line 120 bzm. - where the Signal line 120 is interrupted - in the area of the third connection 121.
  • the first connection 130 is shown at a distance from the second connection 131. This distance between the first connection 130 and the second connection 131 is also referred to as the third distance 133.
  • the third distance 133 corresponds to approximately the equivalent of a quarter of the wavelength at the operating frequency.
  • FIG. 2a is a sectional view of the device according to the invention along the first section line C 1 shown. Again, the substrate 100, the first ground line 110, and the second ground line 111 of the coplanar waveguide are shown. Between the ground lines 110, 111 of the coplanar waveguide, the signal line 120 of the waveguide is arranged. In FIG. 2a The spatial arrangement of the first connection 130 and the third connection 121 with respect to their distance from the surface of the substrate 100 is particularly clear. The first connection 130 is in FIG.
  • the distance between the third connection 121 and the first connection 130 illustrated is designated by the reference numeral 135 and is also referred to as the first distance 135.
  • FIG. 2b is a sectional view of the device according to the invention along the second section line C 2 shown.
  • the FIG. 2b completely corresponds to the FIG. 2a except for the difference that in FIG. 2b from FIG. 2a known first connection 130 is replaced by the second connection 131. Accordingly, the first one Distance 135 is replaced by a second distance 136, wherein the second distance 136 denotes the distance between the third connection 121 and the second connection 131.
  • FIG. 3 the device according to the invention is shown in a sectional view along the third section line A. Only the substrate 100 and the first ground line 110 are visible.
  • FIG. 4 the device according to the invention along the fourth section line B is shown.
  • the signal line 120 of the coplanar waveguide is provided on the substrate 100.
  • the signal line 120 is interrupted at a predetermined length 122.
  • the third connection 121 bridges the signal line 120.
  • the third connection 121 connects the two ends of the signal line 120 caused by the interruption of the signal line 120.
  • the third connection 121 is in FIG. 4 at a distance from the substrate 100 corresponding to the height of the signal line 120.
  • the first connection 130 and the second connection 131 are shown. Above the first connection 130 and the second connection 131 is already in connection with FIG. 1 addressed dielectric layer 140, the in FIG. 4 is provided as a common dielectric layer 140 for both the first connection 130 and the second connection 131.
  • FIG. 5 the device according to the invention is shown in perspective view.
  • the substrate 100 On the substrate 100 is the first ground line 110 and the second ground line 111 of the waveguide. Between these ground lines 110, 111 is the broken signal line 120. The two ends of the signal line 120th are bridged by the third connection 121.
  • the dielectric layer 140 is shown.
  • the first and second connections 130, 131 between the ground lines 110, 111 provided below the dielectric layer 140, that is to say in the direction of the substrate 100, are shown in FIG FIG. 5 not shown.
  • FIG. 6 an equivalent circuit diagram of the arrangement according to the invention is shown.
  • the two ground lines 110, 111 are shown only in the form of a single line of the coplanar waveguide. This is because the ground lines 110, 111 are at the same potential.
  • the signal line 120 of the coplanar waveguide is in FIG. 6 shown.
  • a first impedance and a second impedance are arranged parallel to one another.
  • the first impedance comprises in series a first sub-capacitance 201 and a first inductance 210.
  • the second impedance comprises in series a second sub-capacitance 202 and a second inductance 211.
  • the two impedances together form the capacitor array 200.
  • the first sub-capacitance 201 is at least partially defined by the first sub-capacitance 201 first connection 130 and third connection 121, both in FIG. 6 not shown realized.
  • the second sub-capacity 202 is at least partially interconnected by the second connection 131 and the third connection 121, both in FIG FIG. 6 also not shown realized.
  • the two sub-capacitors 201, 202 are provided variable, namely according to the invention in that the third compound 121 mechanically deformed and thus, at least in some areas, their distance to the first connection 130 and the second connection 131 changes, the partial capacities 201, 202 influenced.
  • the first inductance 210 is in Substantially realized by the first connection 130 and the second inductance 211 is substantially realized by the second connection 131.
  • the first connection 130 and the second connection 131 each of which acts as a DC voltage short between the ground lines 110, 111
  • the first and second inductances 210, 211 are generated by changing the length-to-width ratio, the shape, for example meandering or similar, can be specified.
  • the mechanically deformable third connection 121 is shown in the case in which the illustrated section of the coplanar waveguide has a high transmission coefficient and a low reflection coefficient.
  • the capacity of the Kondensatöran angel 200 is very small in this case and is decisive for the input attenuation, for example, a short-circuit switch.
  • an electrical voltage for example a DC voltage
  • an electrostatic attraction force results between the first and second connection 130, 131 and This results in that the third connection 121, since mechanically deformable, deformed and at least in a partial area, namely substantially in the middle of the metal bridge 121, to the first and second connection 130, 131 and to the first or second connection 130, 131 applied dielectric layer 140 is pulled.
  • the Dielectric in particular silicon dioxide or silicon nitride, prevents a galvanic contact of the device designed in particular as a switch in this switched-off state.
  • the partial capacitances 201 and 202 change such that the capacitance of the capacitor arrangement 200 increases.
  • the capacitance of the capacitor assembly 200 is changed and the device - in the formation of the device as a switch - switched.
  • the FIG. 4 and 5 illustrated position of the third connection 121 corresponds to the operation of the device with passage and is referred to as the on-state.
  • the in FIG. 4 not shown state of a drawn by an electrical voltage to the first and second connection 130, 131 third connection 121 corresponds to a switch off.
  • the waveguide which in the FIGS. 1 to 4 illustrated section is operated at a predetermined operating frequency.
  • the capacitance of the capacitor arrangement 200 on the other hand, depending on an electrical voltage between the first and second connection 130, 131 on the one hand and the third connection 121, assumes two capacitance values, which are referred to below as the first total capacitance and as the second total capacitance.
  • the first total capacitance corresponds to the switched-off state, that is, the third connection 121 is, due to the applied electrical voltage to the first and second connection 130, 131 pulled out.
  • the second total capacity thus corresponds to the in FIG. 4 shown switched case in which the third connection 121 is not mechanically deformed.
  • the first total capacity and the second overall capacitance by varying, in particular, the width and length of the first and second connections 130, 131 and the third connection 121, as well as the thickness and the material properties of the dielectric layer 140 and the height of the signal line 120.
  • the connections 130, 131, 121, the dielectric layer 140 and the signal line 120 are dimensioned so that the first impedance - at the operating frequency and in the off state of the device according to the invention - is just canceled or is as small as possible.
  • the setting of the first inductor 210 is done according to the invention essentially by the dimensioning and shaping of the first connection 130 between the ground lines 110, 111 of the waveguide. The same applies to the second impedance, but here the shape of the second connection 131 for the second inductance 211 is decisive.
  • the third connection 121 is a thin metal bridge 121, which is stretched between the ends of the interrupted signal line 120 of the waveguide. Between the ground lines 110, 111, the first and second connections 130, 131 act as DC short circuits.
  • the first connection 130 forms the first sub-capacitance 201 with the third connection 121
  • the second connection 131 forms the second sub-capacitance 202 with the third connection 121.
  • the second sub-capacitance 202 is formed in each case a series resonant circuit whose resonant frequency in the switched-off state of the third connection 121 by suitable dimensioning of the inductors 210, 211 and the partial capacitances 201, 202 at the operating frequency of the device.
  • This will increase the impedance between signal line 120 and the ground lines 110, 111 greatly reduced in relation to the impedance of the pure partial capacitances (without inductances), whereby the insulation of a device designed as a high-frequency switch is substantially improved.
  • the isolation is now limited by the ohmic losses in the first or second connection 130, 131.
  • the length of the third connection 121 is suitably dimensioned, for. B. half of the effective wavelength at the operating frequency, compensate for the reflections at the joints or the transition points between the coplanar waveguide (that is, the ends of the signal line 120) and the third connection 121, whereby the insertion loss of the example provided as a switch device and thus the adjustment will be improved.
  • the length of the third connection 121 is not limited by a maximum distance of the ground lines at high operating frequencies. As a result, at higher operating frequencies no increased switching voltage, that is, between the first and second connection 130, 131 on the one hand and the third connection 121 on the other hand to be applied voltage to spend.
  • the device according to the invention is particularly suitable in the area of ACC (Adaptive Cruise Control) or SRR (Short Range Radar).
  • ACC Adaptive Cruise Control
  • SRR Short Range Radar
  • the third distance 133 is inventively chosen so that the insertion loss is minimized.
  • the reflections compensate for those through the counter electrodes, that is, the first connection 130 and the second connection 131, with the bridge, that is, the third one Connection 121, capacitances formed in the on state, that is, the adaptation of the switch structure improves significantly.
  • the invention is also provided to provide more than two connections between the ground lines 110, 111 of the waveguide. It is particularly advantageous that such a number is odd, because then such a connection between the ground lines 110, 111 of the waveguide can also be provided in the middle, where the deflectability of the metal bridge 121 is the easiest possible.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus der nach-veröffentlichten deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10037385.2 ist eine Vorrichtung mit einem Kondensator zur Impedanzänderung eines Teilstücks eines koplanaren wellenleiters bekannt, wobei die Kapazität des Kondensators änderbar ist und wobei eine Metallbrücke auf einer vorgegebenen Länge die unterbrochene Signalleitung des Wellenleiters überbrückt und je nach Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Metallbrücke und einer die Masseleitungen des Wellenleiters elektrisch leitend verbindenden Verbindung die Metallbrücke mechanisch verformbar ist und somit ein Schaltvorgang auslösbar ist. Im ausgeschalteten Zustand ("off"-Zustand; die Metallbrücke ist unten) wird ein Großteil der Leistung reflektiert. Im eingeschalteten Zustand ("on"-Zustand; die Metallbrücke ist oben) wird ein Großteil der Leistung transmittiert.From the post-published German application with the file number 10037385.2 a device with a capacitor for impedance change of a portion of a coplanar waveguide is known, wherein the capacitance of the capacitor is changeable and wherein a metal bridge bridged to a predetermined length, the broken signal line of the waveguide and depending on the application of an electrical voltage between the metal bridge and one of the ground lines the waveguide electrically connecting the metal bridge is mechanically deformable and thus a switching operation can be triggered. In the off state ("off" state, the metal bridge is down) much of the power is reflected. In the on state ("on" state, the metal bridge is on top), much of the power is transmitted.

Auch in US-6,016,092 werden Mikroschalter und ihre Herstellung beschrieben. Die Mikroschalter sind hier durch sogenannte Cantilever, also einseitig eingespannte Mikrobalken, ausgebildet.Also in US 6,016,092 microswitches and their manufacture are described. The microswitches are formed here by so-called cantilevers, that is to say cantilevered microbeams.

Ein weiterer mikromechanischer Schalter ist aus der Schrift " Barker et al.: Distributed MEMS True-Time Delay Phase Shifters and Wide-Band Switches", IEEE Transactions on microwave theory' and techniques, Vol. 46, Nr. 11, 1998, Seiten 1881-1889 , bekannt. Es wird dabei vorgeschlagen, mehrere parallel angeordnete Mikrobrücken vorzusehen, die jeweils eine bestimmte Breite und einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen.Another micromechanical switch is from the font " Barker et al .: Distributed MEMS True Time Delay Phase Shifters and Wide-Band Switches, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 46, No. 11, 1998, pages 1881-1889 , known. It is proposed to provide a plurality of parallel microbridges, each having a certain width and a certain distance from each other.

Schließlich ist aus US-5,619,061 ein mikromechanischer Mikrowellenschalter bekannt, welcher eine Membran umfasst, die in einem ihrer Teilbereiche beweglich ist.Finally is off US 5,619,061 a micromechanical microwave switch is known, which comprises a membrane which is movable in one of its partial areas.

Vorteile der Erfindung.Advantages of the invention.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass im eingeschalteten Zustand die Einfügedämpfung vermindert wird und dass gleichzeitig im ausgeschalteten Zustand die Isolation des Schalters erhöht wird. Dadurch sind vorteilhafte Designänderungen an der Vorrichtung möglich, wie beispielsweise ein geringerer Abstand zwischen Brücke und Gegenelektrode bzw. geringere Feldstärkebelastung des Dielektrikums. Weiterhin wird durch die zusätzliche Verbindung zwischen den Masseleitungen des Wellenleiters die anziehende Fläche und somit die die Brücke nach unten ziehende Kraft vergrößert, wodurch die Schaltspannung erniedrigt wird.The device according to the invention with the features of the main claim has the advantage that in the on state, the insertion loss is reduced and that at the same time in the off state Isolation of the switch is increased. As a result, advantageous design changes to the device are possible, such as, for example, a smaller distance between bridge and counterelectrode or lower field strength loading of the dielectric. Furthermore, the additional connection between the ground lines of the waveguide increases the attractive area and thus the force pulling down the bridge, which lowers the switching voltage.

Weiterhin ist von Vorteil, daß die erste, die zweite und die dritte Verbindung metallische Verbindungen sind. Dadurch finden sämtliche materialspezifische und prozesstechnische Vorteile der Verwendung von Metallen als elektrisch leitende Verbindungen erfindungsgemäß Verwendung.Furthermore, it is advantageous that the first, the second and the third connection are metallic compounds. As a result, find all material-specific and process engineering advantages of the use of metals as electrically conductive compounds according to the invention use.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die dritte Verbindung mechanisch so verformbar ist, dass ein erster Abstand zwischen der ersten Verbindung und der dritten Verbindung und ein zweiter Abstand zwischen der zweiten Verbindung und der dritten Verbindung zumindest in einem Teilbereich der dritten Verbindung änderbar ist. Dadurch wird mit einfachen Mitteln eine Kondensatoranordnung hergestellt, deren Gesamtkapazität veränderbar ist.Furthermore, it is advantageous that the third connection is mechanically deformable such that a first distance between the first connection and the third connection and a second distance between the second connection and the third connection can be changed at least in a partial area of the third connection. As a result, a capacitor arrangement is produced by simple means whose total capacity is variable.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die Änderung der Kapazität der Kondensatoranordnung durch eine elektrostatische Kraft zwischen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung einerseits und der dritten verbindung andererseits bewirkbar ist. Dadurch sind mit einfachen Mitteln zwei Schaltzustände der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorsehbar, so daß eine sichere und schnelle Schaltbarkeit der Vorrichtung gewährleistet ist. Darüber hinaus ist dadurch der Schaltzustand der Vorrichtung jederzeit eindeutig definiert. Weiterhin ist von Vorteil, dass die Kondensatoranordnung in Abhängigkeit einer vorgegebenen elektrischen Spannung zwischen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung einerseits und der dritten Verbindung andererseits eine erste vorgegebene Gesamtkapazität und eine zweite vorgegebene Gesamtkapazität aufweist. Dadurch ist es möglich, durch Dimensionierung insbesondere der ersten, zweiten und dritten elektrisch leitenden Verbindung und der Dielektrizitätsschicht zwischen der ersten und dritten Verbindung bzw. zwischen der zweiten und dritten Verbindung die Betriebsfrequenz in weiten Grenzen unabhängig von der Entfernung der Masseleitungen des koplanaren Wellenleiters zu bestimmen. Ebenso ist die Einfügedämpfung hierdurch einstellbar.Furthermore, it is advantageous that the change in the capacitance of the capacitor arrangement by an electrostatic force between the first connection and the second connection on the one hand and the third connection on the other hand is effected. As a result, two switching states of the device according to the invention can be provided by simple means, so that a safe and fast switchability of the device is ensured. In addition, characterized the switching state of the device is always clearly defined. Furthermore, it is advantageous that the capacitor arrangement in Dependence of a predetermined electrical voltage between the first connection and the second connection on the one hand and the third connection on the other hand, a first predetermined total capacity and a second predetermined total capacity. This makes it possible to determine the operating frequency within wide limits independently of the distance of the ground lines of the coplanar waveguide by dimensioning in particular the first, second and third electrically conductive connection and the dielectric layer between the first and third connection and between the second and third connection , Likewise, the insertion loss is adjustable thereby.

Weiterhin ist von vorteil, dass für den Fall, dass die Kondensatoranordnung die erste Gesamtkapazität aufweist, die erste Verbindung eine erste Induktivität in Reihe mit einer ersten Teilkapazität der Kondensatoranordnung zwischen der Signalleitung und den Masseleitungen bildet und daß für den gleichen Fall die zweite Verbindung eine zweite Induktivität in Reihe mit einer zweiten Teilkapazität der Kondensatoranordnung zwischen der Signalleitung und den Masseleitungen bildet, wobei die gemeinsame Impedanz der ersten Teilkapazität und der ersten Induktivität sowie die gemeinsame Impedanz der zweiten Teilkapazität und der zweiten Induktivität bei einer Betriebsfrequenz im Wesentlichen ihrem ohmschen widerstand entspricht. Dadurch ist es möglich, eine besonders große Isolierung, das heißt einen besonders großen Reflexionskoeffizienten, bei ausgeschaltetem Kurzschlussschalter zu erreichen.Furthermore, it is advantageous that in the case where the capacitor arrangement has the first total capacitance, the first connection forms a first inductance in series with a first partial capacitance of the capacitor arrangement between the signal line and the ground lines and in the same case the second connection forms a second one Inductance forms in series with a second partial capacitance of the capacitor arrangement between the signal line and the ground lines, wherein the common impedance of the first sub-capacitance and the first inductance and the common impedance of the second sub-capacitance and the second inductance at an operating frequency substantially corresponds to their ohmic resistance. This makes it possible to achieve a particularly large insulation, that is to say a particularly large reflection coefficient, when the short-circuiting switch is switched off.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die erste Verbindung und die zweite Verbindung entlang des Wellenleiters einen dritten Abstand aufweisen, wobei der dritte Abstand etwa dem Äquivalent eines Viertels der Wellenlänge bei einer Betriebsfrequenz entspricht. Dadurch kompensieren sich die Reflexionen an den durch die Gegenelektroden, das heißt die erste und zweite Verbindung, mit der Brücke, das heißt der dritten Verbindung, gebildeten Kapazitäten in eingeschaltetem Zustand, das heißt für den Fall, dass die Kondensatoranordnung die zweite Gesamtkapazität aufweist. Dadurch wird die Anpassung der Schalterstruktur erheblich verbessert, das heißt die Einfügedämpfung sinkt.Furthermore, it is advantageous that the first connection and the second connection along the waveguide have a third distance, wherein the third distance is approximately the equivalent of a quarter of the wavelength at a Operating frequency corresponds. As a result, the reflections on the capacitors formed by the counterelectrodes, that is to say the first and second connections, with the bridge, that is to say the third connection, compensate each other in the switched-on state, that is to say in the case where the capacitor arrangement has the second total capacitance. As a result, the adaptation of the switch structure is significantly improved, that is, the insertion loss decreases.

Weiterhin ist von Vorteil, dass als Betriebsfrequenz etwa 77 GHz oder etwa 24 GHz vorgesehen sind. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei ACC-Anwendungen (Adaptive Cruise Control) bzw. bei SRR-Anwendungen (short Range Radar) geeignet.It is also advantageous that the operating frequency is about 77 GHz or about 24 GHz. As a result, the device according to the invention is suitable for ACC applications (Adaptive Cruise Control) or for SRR applications (short range radar).

Weiterhin ist von Vorteil, dass die vorgegebene Länge derart vorgesehen ist, dass sich Reflexionen an einem Übergang zwischen der Signalleitung und der zweiten Verbindung kompensieren. Hierdurch wird die Einfügedämpfung des Schalters und somit die Anpassung im eingeschalteten Zustand verbessert.Furthermore, it is advantageous that the predetermined length is provided such that reflections compensate at a transition between the signal line and the second connection. As a result, the insertion loss of the switch and thus the adjustment in the on state is improved.

Weiterhin ist von Vorteil, dass auf der Länge mehr als zwei Verbindungen die Masseleitungen des Wellenleiters verbinden. Dadurch kann zum einen die Schaltspannung weiterhin erniedrigt werden, zum anderen erneut die Isolation im ausgeschalteten Zustand erhöht und die Einfügedämpfung im eingeschalteten Zustand vermindert werden.Furthermore, it is advantageous that more than two connections connect the ground lines of the waveguide over the length. As a result, on the one hand, the switching voltage can be further reduced, on the other hand again increases the isolation in the off state and the insertion loss can be reduced in the on state.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die Anzahl der Verbindungen, die die Masseleitungen des Wellenleiters verbinden, ungerade ist. Hierdurch kann die Schaltspannung erneut vermindert werden, weil eine die Masseleitungen verbindende Verbindung in der Mitte der Länge vorsehbar ist, wo bei vorgegebener Kraft die größte Auslenkung erreichbar bzw. bei vorgegebener Auslenkung die geringste Kraft erforderlich ist.Furthermore, it is advantageous that the number of connections connecting the ground lines of the waveguide is odd. As a result, the switching voltage can be reduced again because a compound connecting the ground lines connection in the middle of the length is providable, where at given Force the largest deflection achievable or at a given deflection, the lowest power is required.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

  • Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Kondensatoranordnung in Draufsicht, wobei Schnittlinien A, B, C1 und C2 vorgesehen sind,
  • Figur 2a die erfindungsgemäße Vorrichtung in Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie C1,
  • Figur 2b die erfindungsgemäße Vorrichtung in Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie C2,
  • Figur 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie A,
  • Figur 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie B,
  • Figur 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung und
  • Figur 6 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it
  • FIG. 1 a device according to the invention with a capacitor arrangement in plan view, where section lines A, B, C 1 and C 2 are provided,
  • FIG. 2a the device according to the invention in a sectional view along the section line C 1 ,
  • FIG. 2b the device according to the invention in a sectional view along the section line C 2 ,
  • FIG. 3 the device according to the invention in a sectional view along the section line A,
  • FIG. 4 the device according to the invention in a sectional view along the section line B,
  • FIG. 5 the device of the invention in a perspective view and
  • FIG. 6 an equivalent circuit diagram of the device according to the invention.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Figur 1 zeigt einen mikromechanischen Hochfrequenzkurzschlussschalter als Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Kondensatoranordnung. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf einem Substrat 100 ein koplanarer Wellenleiter aufgebracht. Der koplanare Wellenleiter besteht erfindungsgemäß insbesondere aus drei koplanaren elektrisch leitfähigen Leitungen, die, zumindest lokal, im wesentlichen parallel zueinander geführt sind. Die Leitungen des koplanaren Wellenleiters sind insbesondere metallisch vorgesehen und auf das Substrat 100, insbesondere mittels eines oder mehrerer galvanischer Prozessschritte aufgebracht. Das Substrat 100 hat erfindungsgemäß insbesondere die Eigenschaft, einen geringen Verlustwinkel aufzuweisen. Die beiden äußeren der drei Leitungen des koplanaren Wellenleiters entsprechen einer ersten Masseleitung 110 und einer zweiten Masseleitung 111 und die mittlere Leitung entspricht einer Signalleitung 120 des koplanaren Wellenleiters. In Figur 1 ist in Draufsicht ein für die erfindungsgemäße Vorrichtung interessierender Ausschnitt eines solchen auf dem Substrat 100 geführten koplanaren Wellenleiters dargestellt. Die beiden Masseleitungen 110, 111 des koplanaren Wellenleiters sind mittels einer ersten elektrisch leitenden Verbindung 130 und mittels einer zweiten elektrisch leitenden Verbindung 131 verbunden. Sowohl die erste Verbindung 130 als auch die zweite Verbindung 131 ist hierbei beispielsweise direkt auf das Substrat 100 aufgebracht und weist eine geringe "Höhe" im Vergleich zur "Höhe" der Masseleitungen 110, 111 auf, das heißt die erste Verbindung 130 und die zweite Verbindung 131 verbindet die Masseleitungen 110, 111 an deren "Fuß" auf dem Substrat 100. Im Bereich der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 131 ist die Signalleitung 120 des koplanaren Wellenleiters unterbrochen. Daher ist die erste Verbindung 130 und die zweite Verbindung 131 auch mit der Signalleitung 120 nicht elektrisch leitend verbunden. Auf die erste Verbindung 130 und auf die zweite Verbindung 131 ist erfindungsgemäß im Bereich der Unterbrechung der Signalleitung 120 eine Schicht eines in Figur 1 nicht dargestellten Dielektrikums aufgebracht. Die Fläche der Aufbringung des Dielektrikums kann dabei für die erste Verbindung 130 und die zweite Verbindung 131 zusammenhängend sein oder aber unterbrochen sein, sodass sowohl für die erste Verbindung 130 als auch für die zweite Verbindung 131 jeweils eine eigene Fläche des Dielektrikums vorgesehen ist. Weiterhin ist die unterbrochene Signalleitung 120 mittels einer dritten elektrisch leitenden Verbindung 121 verbunden. Die dritte Verbindung 121 ist hierbei erfindungsgemäß insbesondere in Form einer metallenen Verbindungsbrücke zwischen den Enden der unterbrochenen Signalleitung 120 vorgesehen. Die dritte Verbindung 121 ist jedoch erfindungsgemäß in einem gewissen Abstand zur Ebene des Substrats 100 vorgesehen, wobei der Abstand der dritten Verbindung 121 zum Substrat 100 bzw. zur ersten Verbindung 130 bzw. zur zweiten Verbindung 131 etwa der Höhe der Signalleitung 120 entspricht. Hierdurch "schwebt" - bei Abwesenheit von Kräften auf die dritte Verbindung 121 - die dritte Verbindung 121 zwischen den Enden der unterbrochenen Signalleitung 120. Insofern wird die dritte Verbindung 121 auch als Brücke bzw. Metallbrücke 121 bezeichnet. In Figur 1 sind weiterhin eine erste, mit dem Buchstaben C1 bezeichnete Schnittlinie, eine zweite, mit dem Buchstaben C2 bezeichnete Schnittlinie, eine dritte, mit dem Buchstaben A bezeichnete Schnittlinie und eine vierte, mit dem Buchstaben B bezeichnete Schnittlinie dargestellt. Die erste Schnittlinie C1 schneidet die erfindungsgemäße Vorrichtung senkrecht zum Verlauf der Masseleitungen 110, 111 und der Signalleitung 120 im Bereich der ersten Verbindung 130. Die zweite Schnittlinie C2 schneidet die erfindungsgemäße Vorrichtung senkrecht zum Verlauf der Masseleitungen 110, 111 und der Signalleitung 120 im Bereich der zweiten Verbindung 131. Die dritte Schnittlinie A schneidet die erfindungsgemäße Vorrichtung parallel zum Verlauf der Leitungen 110, 111, 120 des koplanaren Wellenleiters im Bereich der ersten Masseleitung 110. Die vierte Schnittlinie B schneidet die erfindungsgemäße Vorrichtung parallel zum Verlauf der Leitungen 110, 111, 120 des koplanaren Wellenleiters im Bereich der Signalleitung 120 bzm. - dort wo die Signalleitung 120 unterbrochen ist - im Bereich der dritten Verbindung 121. In Figur 1 ist weiterhin die erste Verbindung 130 beabstandet von der zweiten Verbindung 131 dargestellt. Dieser Abstand zwischen der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 131 wird auch als dritter Abstand 133 bezeichnet. Erfindungsgemäß entspricht der dritte Abstand 133 beispielsweise etwa dem Äquivalent eines Viertels der Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz. FIG. 1 shows a micromechanical high frequency short circuit switch as an example of a device according to the invention with a capacitor arrangement. In the device according to the invention, a coplanar waveguide is applied to a substrate 100. The coplanar waveguide according to the invention consists in particular of three coplanar electrically conductive lines, which, at least locally, substantially are guided parallel to each other. The lines of the coplanar waveguide are provided in particular metallic and applied to the substrate 100, in particular by means of one or more galvanic process steps. The substrate 100 according to the invention has in particular the property of having a low loss angle. The two outer ones of the three lines of the coplanar waveguide correspond to a first ground line 110 and a second ground line 111, and the middle line corresponds to a signal line 120 of the coplanar waveguide. In FIG. 1 is shown in plan view of interest for the inventive device section of such guided on the substrate 100 coplanar waveguide. The two ground lines 110, 111 of the coplanar waveguide are connected by means of a first electrically conductive connection 130 and by means of a second electrically conductive connection 131. For example, both the first connection 130 and the second connection 131 are applied directly to the substrate 100 and have a small "height" compared to the "height" of the ground lines 110, 111, that is, the first connection 130 and the second connection 131 connects the ground lines 110, 111 to their "foot" on the substrate 100. In the region of the first connection 130 and the second connection 131, the signal line 120 of the coplanar waveguide is interrupted. Therefore, the first connection 130 and the second connection 131 are also not electrically connected to the signal line 120. According to the invention, in the region of the interruption of the signal line 120, a layer of an in. Is present on the first connection 130 and on the second connection 131 FIG. 1 Applied dielectric, not shown. The surface of the application of the dielectric may be contiguous for the first connection 130 and the second connection 131 or be interrupted, so that both for the first connection 130 as well as for the second connection 131 is provided in each case a separate surface of the dielectric. Furthermore, the interrupted signal line 120 is connected by means of a third electrically conductive connection 121. In this case, according to the invention, the third connection 121 is provided in particular in the form of a metal connection bridge between the ends of the interrupted signal line 120. However, according to the invention, the third connection 121 is provided at a certain distance from the plane of the substrate 100, wherein the distance of the third connection 121 to the substrate 100 or to the first connection 130 or to the second connection 131 corresponds approximately to the height of the signal line 120. As a result, in the absence of forces on the third connection 121, the third connection 121 "floats" between the ends of the interrupted signal line 120. In this respect, the third connection 121 is also referred to as a bridge or metal bridge 121. In FIG. 1 are further a first, designated by the letter C 1 section line, a second, designated by the letter C 2 section line, a third, designated by the letter A section line and a fourth, marked with the letter B section line shown. The first section line C 1 intersects the device according to the invention perpendicular to the profile of the ground lines 110, 111 and the signal line 120 in the region of the first connection 130. The second section line C 2 intersects the device according to the invention perpendicular to the profile of the ground lines 110, 111 and the signal line 120 in FIG The third section line A intersects the device according to the invention parallel to the path of the lines 110, 111, 120 of the coplanar waveguide in the region of the first ground line 110. The fourth section line B intersects the device according to the invention parallel to the course of the lines 110, 111 , 120 of the coplanar waveguide in the region of the signal line 120 bzm. - where the Signal line 120 is interrupted - in the area of the third connection 121. In FIG. 1 furthermore, the first connection 130 is shown at a distance from the second connection 131. This distance between the first connection 130 and the second connection 131 is also referred to as the third distance 133. For example, in accordance with the invention, the third distance 133 corresponds to approximately the equivalent of a quarter of the wavelength at the operating frequency.

In Figur 2a ist eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung entlang der ersten Schnittlinie C1 dargestellt. Es ist wiederum das Substrat 100, die erste Masseleitung 110 und die zweite Masseleitung 111 des koplanaren Wellenleiters dargestellt. Zwischen den Masseleitungen 110, 111 des koplanaren Wellenleiters ist die Signalleitung 120 des Wellenleiters angeordnet. In Figur 2a wird die räumliche Anordnung der ersten Verbindung 130 und der dritten Verbindung 121 hinsichtlich ihres Abstandes von der Oberfläche des Substrats 100 besonders deutlich. Die erste Verbindung 130 ist in Figur 2a direkt auf das Substrat 100 aufgebracht, während die dritte Verbindung 121 auf die Signalleitung 120 aufgebracht und - falls auf die dritte Verbindung 121 keine Kräfte einwirken - im Abstand der Höhe der Signal- bzw. Masseleitung 110, 111, 120 von der Ebene des Substrats 100 entfernt vorgesehen ist. Der in Figur 2a dargestellte Abstand zwischen der dritten Verbindung 121 und der ersten Verbidung 130 ist mit dem Bezugszeichen 135 versehen und wird auch als erster Abstand 135 bezeichnet.In FIG. 2a is a sectional view of the device according to the invention along the first section line C 1 shown. Again, the substrate 100, the first ground line 110, and the second ground line 111 of the coplanar waveguide are shown. Between the ground lines 110, 111 of the coplanar waveguide, the signal line 120 of the waveguide is arranged. In FIG. 2a The spatial arrangement of the first connection 130 and the third connection 121 with respect to their distance from the surface of the substrate 100 is particularly clear. The first connection 130 is in FIG. 2a applied directly to the substrate 100, while the third connection 121 applied to the signal line 120 and - if no forces act on the third connection 121 - at a distance from the height of the signal or ground line 110, 111, 120 from the plane of the substrate 100th is provided away. The in FIG. 2a The distance between the third connection 121 and the first connection 130 illustrated is designated by the reference numeral 135 and is also referred to as the first distance 135.

In Figur 2b ist eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen vorrichtung entlang der zweiten Schnittlinie C2 dargestellt. Die Figur 2b entspricht völlig der Figur 2a bis auf den Unterschied, dass in Figur 2b die aus Figur 2a bekannte erste Verbindung 130 durch die zweite Verbindung 131 ersetzt ist. Entsprechend ist der erste Abstand 135 durch einen zweiten Abstand 136 ersetzt, wobei der zweite Abstand 136 den Abstand zwischen der dritten Verbindung 121 und der zweiten Verbindung 131 bezeichnet.In FIG. 2b is a sectional view of the device according to the invention along the second section line C 2 shown. The FIG. 2b completely corresponds to the FIG. 2a except for the difference that in FIG. 2b from FIG. 2a known first connection 130 is replaced by the second connection 131. Accordingly, the first one Distance 135 is replaced by a second distance 136, wherein the second distance 136 denotes the distance between the third connection 121 and the second connection 131.

In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung entlang der dritten Schnittlinie A dargestellt. Es ist lediglich das Substrat 100 und die erste Masseleitung 110 sichtbar.In FIG. 3 the device according to the invention is shown in a sectional view along the third section line A. Only the substrate 100 and the first ground line 110 are visible.

In Figur 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der vierten Schnittlinie B dargestellt. Auf dem Substrat 100 ist die Signalleitung 120 des koplanaren Wellenleiters vorgesehen. Die Signalleitung 120 ist auf einer vorgegebenen Länge 122 unterbrochen. In diesem Bereich überbrückt die dritte Verbindung 121 die Signalleitung 120. Hierbei verbindet die dritte Verbindung 121 die beiden durch die Unterbrechung der Signalleitung 120 hervorgerufenen Enden der Signalleitung 120. Die dritte Verbindung 121 ist in Figur 4 in einem Abstand von dem Substrat 100 dargestellt, der der Höhe der Signalleitung 120 entspricht. Weiterhin ist in Figur 4 die erste Verbindung 130 und die zweite Verbindung 131 dargestellt. Oberhalb der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 131 befindet sich die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 angesprochene Dielektrizitätsschicht 140, die in Figur 4 als eine sowohl für die erste Verbindung 130 als auch für die zweite Verbindung 131 gemeinsame Dielektrizitätsschicht 140 vorgesehen ist.In FIG. 4 the device according to the invention along the fourth section line B is shown. On the substrate 100, the signal line 120 of the coplanar waveguide is provided. The signal line 120 is interrupted at a predetermined length 122. In this area, the third connection 121 bridges the signal line 120. Here, the third connection 121 connects the two ends of the signal line 120 caused by the interruption of the signal line 120. The third connection 121 is in FIG. 4 at a distance from the substrate 100 corresponding to the height of the signal line 120. Furthermore, in FIG. 4 the first connection 130 and the second connection 131 are shown. Above the first connection 130 and the second connection 131 is already in connection with FIG. 1 addressed dielectric layer 140, the in FIG. 4 is provided as a common dielectric layer 140 for both the first connection 130 and the second connection 131.

In Figur 5 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Darstellung dargestellt. Auf dem Substrat 100 befindet sich die erste Masseleitung 110 und die zweite Masseleitung 111 des Wellenleiters. Zwischen diesen Masseleitungen 110, 111 befindet sich die unterbrochene Signalleitung 120. Die beiden Enden der Signalleitung 120 werden durch die dritte Verbindung 121 überbrückt. Weiterhin ist in Figur 5 die Dielektrizitätsschicht 140 dargestellt. Die unterhalb der Dielektrizitätsschicht 140, das heißt in Richtung auf das Substrat 100 hin, vorgesehenen ersten und zweiten Verbindungen 130, 131 zwischen den Masseleitungen 110, 111 sind wegen der perspektivischen Darstellung in Figur 5 nicht dargestellt.In FIG. 5 the device according to the invention is shown in perspective view. On the substrate 100 is the first ground line 110 and the second ground line 111 of the waveguide. Between these ground lines 110, 111 is the broken signal line 120. The two ends of the signal line 120th are bridged by the third connection 121. Furthermore, in FIG. 5 the dielectric layer 140 is shown. The first and second connections 130, 131 between the ground lines 110, 111 provided below the dielectric layer 140, that is to say in the direction of the substrate 100, are shown in FIG FIG. 5 not shown.

In Figur 6 ist ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Im Ersatzschaltbild sind die beiden Masseleitungen 110, 111 lediglich in Form einer einzigen Leitung des koplanaren wellenleiters dargestellt. Dies kommt daher, dass sich die Masseleitungen 110, 111 auf gleichem Potential befinden. Weiterhin ist die Signalleitung 120 des koplanaren Wellenleiters in Figur 6 dargestellt. Zwischen der Signalleitung 120 und den Masseleitungen 110, 111 sind parallel zueinander eine erste Impedanz und eine zweite Impedanz angeordnet. Die erste Impedanz umfasst in Reihe eine erste Teilkapazität 201 und eine erste Induktivität 210. Die zweite Impedanz umfasst in Reihe eine zweite Teilkapazität 202 und eine zweite Induktivität 211. Die beiden Impedanzen gemeinsam bilden die Kondensatoranordnung 200. Die erste Teilkapazität 201 wird zumindest teilweise durch die erste Verbindung 130 und die dritte Verbindung 121, die beide in Figur 6 nicht dargestellt sind, realisiert. Die zweite Teilkapazität 202 wird zumindest teilweise durch die zweite Verbindung 131 und die dritte Verbindung 121, die beide in Figur 6 ebenfalls nicht dargestellt sind, realisiert. Die beiden Teilkapazitäten 201, 202 sind veränderbar vorgesehen, und zwar erfindungsgemäß insbesondere dadurch, dass sich die dritte Verbindung 121 mechanisch verformt und somit, zumindest in Teilbereichen, ihren Abstand zur ersten Verbindung 130 bzw. zur zweiten Verbindung 131 ändert, das die Teilkapazitäten 201, 202 beeinflusst. Die erste Induktivität 210 wird im Wesentlichen durch die erste Verbindung 130 realisiert und die zweite Induktivität 211 wird im Wesentlichen durch die zweite Verbindung 131 realisiert. Durch die Strukturierung der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 131, die jeweils als Gleichspannuncskurzschluss zwischen den Masseleitungen 110, 111 wirken, wird die erste und zweite Induktivität 210, 211 erzeugt, die durch Änderung des Länge-Breite-Verhältnisses, der Form, beispielsweise mäanderförmig oder ähnliches, vorgebbar ist.In FIG. 6 an equivalent circuit diagram of the arrangement according to the invention is shown. In the equivalent circuit diagram, the two ground lines 110, 111 are shown only in the form of a single line of the coplanar waveguide. This is because the ground lines 110, 111 are at the same potential. Furthermore, the signal line 120 of the coplanar waveguide is in FIG. 6 shown. Between the signal line 120 and the ground lines 110, 111, a first impedance and a second impedance are arranged parallel to one another. The first impedance comprises in series a first sub-capacitance 201 and a first inductance 210. The second impedance comprises in series a second sub-capacitance 202 and a second inductance 211. The two impedances together form the capacitor array 200. The first sub-capacitance 201 is at least partially defined by the first sub-capacitance 201 first connection 130 and third connection 121, both in FIG. 6 not shown realized. The second sub-capacity 202 is at least partially interconnected by the second connection 131 and the third connection 121, both in FIG FIG. 6 also not shown realized. The two sub-capacitors 201, 202 are provided variable, namely according to the invention in that the third compound 121 mechanically deformed and thus, at least in some areas, their distance to the first connection 130 and the second connection 131 changes, the partial capacities 201, 202 influenced. The first inductance 210 is in Substantially realized by the first connection 130 and the second inductance 211 is substantially realized by the second connection 131. By structuring the first connection 130 and the second connection 131, each of which acts as a DC voltage short between the ground lines 110, 111, the first and second inductances 210, 211 are generated by changing the length-to-width ratio, the shape, for example meandering or similar, can be specified.

In Figur 4 und 5 ist die mechanisch verformbare dritte Verbindung 121 für den Fall dargestellt, dass das dargestellte Teilstück des koplanaren Wellenleiters einen hohen Transmissionskoeffizienten und einen geringen Reflexionskoeffizienten aufweist. Der Abstand der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 131 einerseits und der dritten Verbindung 121 andererseits, der zusammen mit den elektrischen Eigenschaften der Dielektrizitätsschicht 140 die Kapazität der Kondensatoranordnung 200 maßgeblich bestimmen, ist in Figur 4 mit maximalem Abstand dargestellt. Die Kapazität der Kondensatöranordnung 200 ist in diesem Fall sehr klein und ist für die Eingangsdämpfung beispielsweise eines Kurzschlussschalters maßgebend. Für den Fall, dass zwischen der ersten Verbindung 130 und der zweiten Verbindung 131 einerseits und der dritten Verbindung 121 andererseits eine elektrische Spannung, beispielsweise eine Gleichspannung, angelegt wird, ergibt sich eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen der ersten bzw. zweiten Verbindung 130, 131 und der dritten Verbindung 121. Dies führt dazu, dass die dritte Verbindung 121, da mechanisch verformbar, verformt und zumindest in einem Teilbereich, nämlich im Wesentlichen in der Mitte der Metallbrücke 121, zur ersten bzw. zweiten Verbindung 130, 131 bzw. zur auf die erste bzw. zweite Verbindung 130, 131 aufgebrachte Dielektrizitätsschicht 140 gezogen wird. Das Dielektrikum, insbesondere Siliziumdioxid oder Siliciumnitrid, verhindert einen galvanischen Kontakt der insbesondere als Schalter ausgebildeten Vorrichtung in diesem ausgeschalteten Zustand. Hierdurch ändern sich die Teilkapazitäten 201 und 202 derart, dass die Kapazität der Kondensatoranordnung 200 größer wird. Erfindungsgemäß wird also durch das Anlegen oder Entfernen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und zweiten Verbindung 130, 131 einerseits und der dritten Verbindung 121 andererseits die Kapazität der Kondensatoranordnung 200 verändert und die Vorrichtung - bei der Ausbildung der Vorrichtung als Schalter - geschaltet. Die in Figur 4 und 5 dargestellte Stellung der dritten Verbindung 121 entspricht dem Betrieb der Vorrichtung mit Durchgang und wird als angeschalteter Zustand bezeichnet. Der in Figur 4 nicht dargestellte Zustand einer durch eine elektrische Spannung zur ersten und zweiten Verbindung 130, 131 hin gezogenen dritten Verbindung 121 entspricht einem ausgeschalteten Schalter. Dies ist deshalb der Fall, weil erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Wellenleiter, der das in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Teilstück umfasst, mit einer vorgegebenen Betriebsfrequenz betrieben wird. Die Kapazität der Kondensatoranordnung 200 nimmt in Abhängigkeit einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und zweiten Verbindung 130, 131 einerseits und der dritten Verbindung 121 andererseits zwei Kapazitätswerte an, die im Folgenden als erste Gesamtkapazität und als zweite Gesamtkapazität bezeichnet werden. Die erste Gesamtkapazität entspricht dem ausgeschalteten Zustand, das heißt die dritte Verbindung 121 ist, bedingt durch die angelegte elektrische Spannung zur ersten bzw. zweiten Verbindung 130, 131 hin gezogen. Die zweite Gesamtkapazität entspricht somit dem in Figur 4 dargestellten eingeschalteten Fall, bei dem die dritte Verbindung 121 mechanisch nicht verformt ist. Erfindungsgemäß wird die erste Gesamtkapazität und die zweite Gesamtkapazität durch Variation insbesondere der Breite und Länge der ersten und zweiten Verbindung 130, 131 und der dritten Verbindung 121, sowie der Dicke und den Materialeigenschaften der Dielektrizitätsschicht 140 und der Höhe der Signalleitung 120 festgelegt. Erfindungsgemäß ist es insbesondere vorgesehen, dass die Verbindungen 130, 131, 121 die Dielektrizitätsschicht 140 und die Signalleitung 120 so dimensioniert sind, dass die erste Impedanz - bei der Betriebsfrequenz und in ausgeschaltetem Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung - gerade aufgehoben wird bzw. möglichst klein wird. Die Einstellung der ersten Induktivität 210 geschieht erfindungsgemäß im wesentlichen durch die Dimensionierung und Formgebung der ersten Verbindung 130 zwischen den Masseleitungen 110, 111 des Wellenleiters. Für die zweite Impedanz gilt Entsprechendes, wobei hier jedoch die Formgebung der zweiten Verbindung 131 für die zweite Induktivität 211 maßgebend ist.In FIG. 4 and 5 For example, the mechanically deformable third connection 121 is shown in the case in which the illustrated section of the coplanar waveguide has a high transmission coefficient and a low reflection coefficient. The distance of the first connection 130 and the second connection 131, on the one hand, and the third connection 121, on the other hand, which together with the electrical properties of the dielectric layer 140 decisively determine the capacitance of the capacitor arrangement 200, is shown in FIG FIG. 4 shown at maximum distance. The capacity of the Kondensatöranordnung 200 is very small in this case and is decisive for the input attenuation, for example, a short-circuit switch. In the event that an electrical voltage, for example a DC voltage, is applied between the first connection 130 and the second connection 131 on the one hand and the third connection 121 on the other hand, an electrostatic attraction force results between the first and second connection 130, 131 and This results in that the third connection 121, since mechanically deformable, deformed and at least in a partial area, namely substantially in the middle of the metal bridge 121, to the first and second connection 130, 131 and to the first or second connection 130, 131 applied dielectric layer 140 is pulled. The Dielectric, in particular silicon dioxide or silicon nitride, prevents a galvanic contact of the device designed in particular as a switch in this switched-off state. As a result, the partial capacitances 201 and 202 change such that the capacitance of the capacitor arrangement 200 increases. According to the invention, therefore, by the application or removal of an electrical voltage between the first and second connection 130, 131 on the one hand and the third connection 121 on the other hand, the capacitance of the capacitor assembly 200 is changed and the device - in the formation of the device as a switch - switched. In the FIG. 4 and 5 illustrated position of the third connection 121 corresponds to the operation of the device with passage and is referred to as the on-state. The in FIG. 4 not shown state of a drawn by an electrical voltage to the first and second connection 130, 131 third connection 121 corresponds to a switch off. This is the case because it is provided according to the invention that the waveguide, which in the FIGS. 1 to 4 illustrated section is operated at a predetermined operating frequency. The capacitance of the capacitor arrangement 200, on the other hand, depending on an electrical voltage between the first and second connection 130, 131 on the one hand and the third connection 121, assumes two capacitance values, which are referred to below as the first total capacitance and as the second total capacitance. The first total capacitance corresponds to the switched-off state, that is, the third connection 121 is, due to the applied electrical voltage to the first and second connection 130, 131 pulled out. The second total capacity thus corresponds to the in FIG. 4 shown switched case in which the third connection 121 is not mechanically deformed. According to the invention, the first total capacity and the second overall capacitance by varying, in particular, the width and length of the first and second connections 130, 131 and the third connection 121, as well as the thickness and the material properties of the dielectric layer 140 and the height of the signal line 120. According to the invention, it is provided in particular that the connections 130, 131, 121, the dielectric layer 140 and the signal line 120 are dimensioned so that the first impedance - at the operating frequency and in the off state of the device according to the invention - is just canceled or is as small as possible. The setting of the first inductor 210 is done according to the invention essentially by the dimensioning and shaping of the first connection 130 between the ground lines 110, 111 of the waveguide. The same applies to the second impedance, but here the shape of the second connection 131 for the second inductance 211 is decisive.

Die dritte Verbindung 121 ist erfindungsgemäß eine dünne Metallbrücke 121, die zwischen die Enden der unterbrochenen Signalleitung 120 des Wellenleiters gespannt wird. Zwischen den Masseleitungen 110, 111 wirken die erste und die zweite Verbindung 130, 131 als Gleichspannungskurzschlüsse. Die erste Verbindung 130 bildet mit der dritten Verbindung 121 die erste Teilkapazität 201 und die zweite Verbindung 131 bildet mit der dritten Verbindung 121 die zweite Teilkapazität 202. Durch die erste Induktivität 210 in Reihe mit der ersten Teilkapazität 201 und der zweiten Induktivität 211 in Reihe mit der zweiten Teilkapazität 202 wird jeweils ein Serienschwingkreis gebildet, dessen Resonanzfrequenz in ausgeschaltetem Zustand der dritten Verbindung 121 durch geeignete Dimensionierung der Induktivitäten 210, 211 und der Teilkapazitäten 201, 202 bei der Betriebsfrequenz der Vorrichtung liegt. Dadurch wird die Impedanz zwischen Signalleitung 120 und den Masseleitungen 110, 111 gegenüber der Impedanz der reinen Teilkapazitäten (ohne Induktivitäten) stark reduziert, wodurch die Isolation einer als Hochfrequenzschalter ausgebildeten Vorrichtung wesentlich verbessert wird. Limitiert wird die Isolation nunmehr durch die ohmschen Verluste in der ersten bzw. zweiten Verbindung 130, 131. Im eingeschalteten Zustand wird die Vorrichtung bzw. das Bauteil oder Bauelement bei Betriebsfrequenz durch die jeweils verringerten Teilkapazitäten 201, 202 (die Metallbrücke 121 ist "oben") außerhalb dieser Resonanzfrequenz betrieben, sodass sich keine höhere Einfügedämpfung ergibt. Wird die Länge der dritten Verbindung 121 geeignet dimensioniert, z. B. die Hälfte der effektiven Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz, kompensieren sich die Reflexionen an den Stoßstellen bzw. den Übergangsstellen zwischen koplanarem Wellenleiter (das heißt den Enden der Signalleitung 120) und der dritten Verbindung 121, wodurch die Einfügedämpfung der beispielsweise als Schalter vorgesehenen Vorrichtung und somit die Anpassung verbessert werden. Dies entspricht einer Transformation der Impedanz der dritten Verbindung 121 auf die Impedanz des koplanaren Wellenleiters. Die Länge der dritten Verbindung 121 wird nicht durch einen Höchstabstand der Masseleitungen bei hohen Betriebsfrequenzen limitiert. Hierdurch ist bei höheren Betriebsfrequenzen keine vergrößerte Schaltspannung, das heißt zwischen die erste bzw. zweite Verbindung 130, 131 einerseits und die dritte Verbindung 121 andererseits anzulegende Spannung, aufzuwenden.The third connection 121 according to the invention is a thin metal bridge 121, which is stretched between the ends of the interrupted signal line 120 of the waveguide. Between the ground lines 110, 111, the first and second connections 130, 131 act as DC short circuits. The first connection 130 forms the first sub-capacitance 201 with the third connection 121, and the second connection 131 forms the second sub-capacitance 202 with the third connection 121. Through the first inductance 210 in series with the first sub-capacitance 201 and the second inductance 211 in series with The second sub-capacitance 202 is formed in each case a series resonant circuit whose resonant frequency in the switched-off state of the third connection 121 by suitable dimensioning of the inductors 210, 211 and the partial capacitances 201, 202 at the operating frequency of the device. This will increase the impedance between signal line 120 and the ground lines 110, 111 greatly reduced in relation to the impedance of the pure partial capacitances (without inductances), whereby the insulation of a device designed as a high-frequency switch is substantially improved. The isolation is now limited by the ohmic losses in the first or second connection 130, 131. In the switched-on state, the device or the component or component at operating frequency by the respective reduced partial capacitances 201, 202 (the metal bridge 121 is "top" ) operated outside of this resonant frequency, so that there is no higher insertion loss. If the length of the third connection 121 is suitably dimensioned, for. B. half of the effective wavelength at the operating frequency, compensate for the reflections at the joints or the transition points between the coplanar waveguide (that is, the ends of the signal line 120) and the third connection 121, whereby the insertion loss of the example provided as a switch device and thus the adjustment will be improved. This corresponds to a transformation of the impedance of the third connection 121 to the impedance of the coplanar waveguide. The length of the third connection 121 is not limited by a maximum distance of the ground lines at high operating frequencies. As a result, at higher operating frequencies no increased switching voltage, that is, between the first and second connection 130, 131 on the one hand and the third connection 121 on the other hand to be applied voltage to spend.

Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, die Betriebsfrequenz im Bereich von etwa 77 GHz oder etwa 24 GHz wählen zu können. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere im Bereich ACC (Adaptive Cruise Control) oder SRR (Short Range Radar) geeignet.According to the invention, it is provided in particular to be able to select the operating frequency in the range of about 77 GHz or about 24 GHz. As a result, the device according to the invention is particularly suitable in the area of ACC (Adaptive Cruise Control) or SRR (Short Range Radar).

Der dritte Abstand 133 wird erfindungsgemäß so gewählt, dass die Einfügedämpfung möglichst gering ist. Bei der wahl des dritten Abstandes 133 von ungefähr einem Viertel der effektiven Wellenlänge (bei der Betriebsfrequenz), kompensieren sich die Reflexionen an den durch die Gegenelektroden, das heißt die erste Verbindung 130 und die zweite Verbindung 131, mit der Brücke, das heißt die dritte Verbindung 121, gebildeten Kapazitäten im eingeschalteten Zustand, das heißt die Anpassung der Schalterstruktur verbessert sich erheblich.The third distance 133 is inventively chosen so that the insertion loss is minimized. In choosing the third distance 133 of approximately one quarter of the effective wavelength (at the operating frequency), the reflections compensate for those through the counter electrodes, that is, the first connection 130 and the second connection 131, with the bridge, that is, the third one Connection 121, capacitances formed in the on state, that is, the adaptation of the switch structure improves significantly.

Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, mehr als zwei Verbindungen zwischen den Masseleitungen 110, 111 des Wellenleiters vorzusehen. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, daß eine solche Anzahl ungerade ist, weil sich dann eine solche Verbindung zwischen den Masseleitungen 110, 111 des Wellenleiter auch in der Mitte vorsehen lässt, wo die Auslenkbarkeit der Metallbrücke 121 am leichtesten möglich ist.According to the invention, it is also provided to provide more than two connections between the ground lines 110, 111 of the waveguide. It is particularly advantageous that such a number is odd, because then such a connection between the ground lines 110, 111 of the waveguide can also be provided in the middle, where the deflectability of the metal bridge 121 is the easiest possible.

Claims (10)

  1. Device comprising a capacitor arrangement (200) for changing the impedance of a segment of a coplanar waveguide, wherein the capacitance of the capacitor arrangement (200) can be changed, wherein the capacitor arrangement (200) at least partly comprises a first electrically conductive connection (130), a second electrically conductive connection (131) and a third electrically conductive connection (121), wherein the signal line (120) of a segment of a coplanar waveguide is interrupted over a predetermined length (122), wherein the first connection (130) connects the earth lines (110, 111) of the waveguide, wherein the second connection (131) connects the earth lines (110, 111) of the waveguide, and wherein the third connection (121) connects the two parts of the interrupted signal line (120), characterized in that for changing the capacitance, the third connection (121) is embodied as a connection bridge over the first (130) and second connection (131) and, by means of applying a voltage between third connection (121) and first (130) and second connection (131), respectively, can be deformed mechanically in such a way that a first distance between the first connection (130) and the third connection (121) and a second distance between the second connection (131) and the third connection (121) can be changed at least in a partial region of the third connection (121).
  2. Device according to Claim 1, characterized in that the first, the second and the third connection (130, 131, 121) are metallic connections.
  3. Device according to any of the preceding claims, characterized in that the change in the capacitance of the capacitor arrangement (200) can be effected by an electrostatic force between the first connection (130) and the second connection (131), on the one hand, and the third connection (121), on the other hand.
  4. Device according to any of the preceding claims, characterized in that the capacitor arrangement (200) has a first predetermined total capacitance and a second predetermined total capacitance depending on a predetermined electrical voltage between the first connection (130) and the second connection (131), on the one hand, and the third connection (121), on the other hand.
  5. Device according to any of the preceding claims, characterized in that for the case where the capacitor arrangement (200) has the first total capacitance, the first connection (130) forms a first inductance (210) in series with a first partial capacitance (201) of the capacitor arrangement (200) between the signal line (120) and the earth lines (110, 111), and in that for the same case, the second connection (131) forms a second inductance (211) in series with a second partial capacitance (202) of the capacitor arrangement (200) between the signal line (120) and the earth lines (110, 111), wherein the common impedance of the first partial capacitance (201) and the first inductance (210) and also the common impedance of the second partial capacitance (202) and the second inductance (211) at an operating frequency essentially correspond to their non-reactive resistance.
  6. Device according to any of the preceding claims, characterized in that the first connection (130) and the second connection (131) have a third distance (133) along the waveguide, wherein the third distance (133) corresponds approximately to the equivalent of a quarter of the wavelength at an operating frequency.
  7. Device according to Claim 5 or 6, characterized in that approximately 77 GHz or approximately 24 GHz is provided as the operating frequency.
  8. Device according to any of the preceding claims, characterized in that the predetermined length (122) is provided in such a way that reflections at a transition between the signal line (120) and the third connection (121) compensate for one another.
  9. Device according to any of the preceding claims, characterized in that over the length (122) more than two connections connect the earth lines (110, 111) of the waveguide.
  10. Device according to Claim 9, characterized in that the number of connections which connect the earth lines (110, 111) of the waveguide is odd.
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