Etat de l’art des commutateurs RF

I.1 Introduction

Les commutateurs RF sont des composants utilisés pour sélectionner un signal RF ou l’acheminer vers un canal voulu, utilisés dans la plupart des systèmes hyperfréquences dédiés pour les secteurs de l’aéronautique, la défense, et……..Comparés aux autres types de commutateurs, statiques (transistors FET et diode PIN),et mécaniques (commutateurs coaxiaux et relais électromécaniques), les commutateurs RF présentent plusieurs avantages en termes de pertes de transmission, d’isolation et de consommation en puissance qui est très faible.

Dans ce chapitre nous allons présenter des généralités sur ces commutateurs en citant leur principe de fonctionnement par l’actionnement électrostatique, ensuite nous allons traiter l’effet de l’intégration des matériaux diélectriques à forte permittivité sur les performances de ces commutateurs.

I.2 Les commutateurs RF

I.2.1 Définition et Modèle électrique

Un commutateur est un composant permettant d’acheminer des signaux hautes fréquences par des voies de transmission, sous l’effet d’un actionnement externe et il présente deux états dont les modèles électriques sont les suivants (Fig.1) :

Figure 1 : Modèle électrique d’un commutateur RF

Un état passant (ON) assurant la transmission du signal, qui est modélisé par un court-circuit (impédance nulle).

Un état bloqué (OFF) ou le signal ne peut pas traverser le composant, et qui peut être modélisé par un circuit-ouvert (impédance infinie).

Dans le cas réel, et aux fréquences microondes ces commutateurs ne sont pas parfaits, ils présentent généralement une petite résistance R_on (faible impédance) á l’état passant, et une faible capacité C_off (forte impédance) á l’état bloqué [2].

I.2.1 Principe de fonctionnement

Un commutateur RF est constitué d’une poutre métallique mobile mono-encastré (cantilever) (Fig.2.a) ou bi-encastré (pont) (Fig.2.b), il existe dans la bibliographie deux types de commutateurs, ceux á contact résistive appelé aussi commutateurs ohmiques, et ceux á contact capacitive [2].

Figure 2 : dispositif de commutation RF par pont (a) et par cantilever (b)

Dans ce travail on va s’intéresser aux commutateurs par cantilever actionnés électrostatiquement et avec un contact ohmique appelé aussi contact métal-métal, où les surfaces de la poutre mobile métallique et de la ligne de transmission métallique sont directement mis en contact lors de l’actionnement du dispositif [3].

Lorsqu’on applique une tension entre l’électrode inférieure (électrode d’actionnement) et l’électrode supérieure (électrode mobile) (Fig.3.c), une force électrostatique se crée et tire le cantilever vers le