LTCC-integrated MEMS switches and impedance tuners for field programmable amplifiers

Fallah Nia, Ehsan (2026). LTCC-integrated MEMS switches and impedance tuners for field programmable amplifiers. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Designing a Field Programmable Microwave amplifier (FPMA) as the main objective of the present thesis is derived from the need in wireless communication systems to have circuits which are able to be reprogrammed in hardware without redundant circuits. Such circuits should be able to operate in wide-band frequency ranges while their total footprints kept as small as possible. To realize these objectives, a novel fabrication process using Low Temperature Co-Fired Ceramic (LTCC) and RF-MEMS (Microelectromechanical systems) technologies is developed as a published paper which uses a monolithic process to fabricate MEMS devices on top of functional LTCC substrates. Leveraging the functionality of LTCC and being able to fabricate and align MEMS circuit on top of embedded RF and DC circuits inside the LTCC, opened a path to provide a new design for reconfigurable microwave amplifiers. To this end, and to demonstrate the capability of the presented process, two design for low (3-5 GHz) and high bands (5-8 GHz) are proposed. Using the novel monolithic designs, embedded DMTL impedance tuners are fabricated in a simultaneous process with surface MEMS devices and an embedded sniffer to have a reconfigurable microwave amplifier. Designed FPMA is fabricated in a cascade form where embedded reflectometers are placed at the input of DMTL to detect proper input gamma of the transistor and send the data to DMTL to choose the best switching combination for frequency matching over the entire band. Fabricated modules are able to do the impedance matching with maximum input gain considering minimum losses that are derived from dielectric and conductors. Proposed designs are able to continuously do the impedance matching using the interaction between DMTL and embedded sniffers while total footprint of the module is kept as small as possible compared to the available works in the literature.

Titre traduit

Commutateurs MEMS et accordeurs d'impédance intégrés LTCC pour amplificateurs programmables sur site

Résumé traduit

La conception d'un amplificateur micro-ondes programmable sur site (FPMA), objectif principal de cette thèse, répond au besoin des systèmes de communication sans fil de disposer de circuits reprogrammables matériellement sans circuits redondants. Ces circuits doivent pouvoir fonctionner dans des bandes de fréquences larges tout en conservant un encombrement minimal. Pour atteindre ces objectifs, un nouveau procédé de fabrication utilisant les technologies de céramique cocuite à basse température (LTCC) et de systèmes microélectromécaniques (RF-MEMS) a été développé. Ce procédé monolithique permet de fabriquer des dispositifs MEMS sur des substrats LTCC fonctionnels. L'exploitation des fonctionnalités des LTCC et la possibilité de fabriquer et d'aligner des circuits MEMS sur des circuits RF et DC intégrés dans les LTCC ont ouvert la voie à une nouvelle conception d'amplificateurs micro-ondes reconfigurables. À cette fin, et pour démontrer la faisabilité du procédé présenté, deux conceptions pour les bandes basses (3-5 GHz) et hautes (5-8 GHz) sont proposées. Grâce à de nouvelles conceptions monolithiques, des accordeurs d'impédance DMTL intégrés sont fabriqués simultanément avec des composants MEMS de surface et un renifleur intégré, afin de former un amplificateur micro-ondes reconfigurable. Le FPMA est fabriqué en cascade : des réflectomètres intégrés sont placés à l'entrée du DMTL pour détecter le gamma d'entrée approprié du transistor et lui envoyer les données afin de choisir la meilleure combinaison de commutation pour l'adaptation de fréquence sur toute la bande. Les modules fabriqués permettent l'adaptation d'impédance avec un gain d'entrée maximal tout en minimisant les pertes dues au diélectrique et aux conducteurs. Les conceptions proposées permettent une adaptation d'impédance continue grâce à l'interaction entre le DMTL et les renifleurs intégrés, tout en maintenant un encombrement total du module aussi réduit que possible par rapport aux travaux disponibles dans la littérature.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the degree of Doctor of Philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 115-141).
Mots-clés libres:	RF-MEMS, procédé monolithique, LTCC, réflectomètre renifleur, DMTL, amplificateur reconfigurable
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Kouki, Ammar B.
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	04 mars 2026 19:55
Dernière modification:	04 mars 2026 19:55
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3833

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