RF planar switch at Ku band for mobile satellite communications

Abstract

A dissertação apresentada descreve o curso de desenvolvimento de um switch RF projetado para operar na banda Ku. Este circuito faz parte de um projeto muito maior que consiste em um sistema transceptor de banda Ku com um formador de feixe. O formador de feixe compreende uma matriz de chaveadores, um conjunto de lentes planares RF e um arranjo de antenas. O chaveador RF tem como requisitos: baixa perda de inserção, alto isolamento entre as portas, baixa perda de retorno e alta potência incidente. Em um primeiro momento, foram feitas pesquisas para verificar os chaveadores RF do estado da arte e os produtos disponíveis que atendem aos requisitos. Após constatar que nenhum deles era aplicável, várias versões de chaveadores foram feitas para esse fim específico e comparadas com qual projeto era o melhor para esse objetivo. Ambos os diodos PIN e FETs foram usados. Esses circuitos foram desenvolvidos e simulados para um projeto de microfita sobre substrato para possível futura fabricação em larga escala. Houveram várias complicações no projeto, otimização, fabricação, polarização e teste. Desde linhas de microfitas em erupção no processo de fabricação até erros durante a polarização dos diodos. Como alguns projetos levaram a falhas, as versões do switch foram aprimoradas e também simplificadas, sacrificando largura de banda e potência manipulada. Além disso, foram usadas linhas de microfitas mais largas, o substrato foi alterado para usar processos mais comuns e foram feitos testes de polarização para garantir a funcionalidade adequada do circuito. A versão final é a de um switch SP4T FET operando em banda Ku inferior (11,7 a 12,2 GHz) simulado com bons resultados, mas ainda a ser testado (devido à crise da pandemia). Também foi projetada uma lente de Rotman com sete portas de feixe e oito portas de arranjo. A lente foi simulada com os resultados simulados do SP4T para verificar a funcionalidade do sistema de direcionamento de feixe. Os resultados mostram a mudança de direção do feixe correspondente à porta da lente selecionada pelo switch RF conforme planejado (0◦ , ±10◦ , ±20◦ , ±30◦ ). Ao final, o sistema (switch RF e lente de Rotman) funcionou bem no nível de simulação, mas ainda precisa ser testado separadamente e em conjunto.