Millimeter-wave phase shifters based on tunable transmission lines in MEMS technology post-CMOS process

L’objectif de ces travaux de recherche est la conception en technologie intégrée d’une nouvelle topologie de ligne de transmission accordable afin de réaliser des déphaseurs en bande millimétrique. Cette topologie nommée TS-CPW (pour « Tunable Slow wave CoPlanar Waveguide ») utilise d’une part le phénomène d’ondes lentes qui permet de miniaturiser longitudinalement la ligne de transmission et offre un facteur de qualité plus élevé qu’en technologie microruban intégrée, et d’autre part une approche de type MEMS (Micro Electro Mechanical system) afin obtenir l’accordabilité de la ligne avec une figure de mérite élevée comparativement à une approche de type varactor. Dans un premier temps, la topologie et la conception d’une ligne TS-CPW basée sur des simulations électromagnétiques sont présentées en technologie BiCMOS. Dans un second temps, toujours sur la base de TS-CPWs, des déphaseurs présentant 3-bit de résolution, avec différentes valeurs de déphasage total (de 157.5° et 315°), ont été développés à une fréquence de fonctionnement égale à 60 GHz. Les TS-CPWs et les déphaseurs ont été réalisés avec la technologie BiCMOS 0.25 µm de l’institut IHP en Allemagne, puis mesurés à l’aide d’un analyseur de réseau à IHP et à l’IMEP-LaHc.This work focuses on the design of millimeter-wave phase shifters based on a new topology of tunable transmission lines named Tunable Slow wave CoPlanar Waveguide (TS-CPW). TS-CPW uses, on one side, the slow wave phenomenon in order to miniaturize longitudinally the transmission line and to show a better quality factor than its integrated microstrip transmission line counterpart and, on the other side, the MEMS approach to achieve tunability of the transmission line with a good figure-of-merit. First, the topology, the design and the electromagnetic simulations of the TS-CPW based on MEMS (Micro Electro Mechanical system) are presented in a BiCMOS technology. Next, phase shifters with 3-bit of resolution based on TS-CPWs are developed at 60 GHz with two different values of total phase shift (157.5° and 315°). These TS-CPWs and phase shifters were fabricated in IHP’s 0.25 µm BiCMOS technology and measured on the vector network analyzers of IHP and IMEP-LaHC