This thesis presents a 3-bit 180° constant phase shifter design implementing Co-Planar Waveguide (CPW) and RF MEMS variable capacitors with ±1.8% accuracy at 10 GHz and ±5.8% maximum peak error between 9-11 GHz. The phase shifter with minimum phase errors is determined by considering exemplary circuit simulations of different phase shifter types designed with a novel in-house RF MEMS fabrication process [1] parameters. Due to its wide-band characteristics and CPW compatibility, the selected topology is the reflect-type phase shifter employing RF MEMS capacitor banks and 3-dB couplers. Phase shifts are provided by the change in the reflection phase of RF MEMS capacitor banks. At first, a 2-bit 90° phase shifter is designed to cover 0°-90° phase shifts. Successive addition of two 2-bit phase shifters allows to obtain a 3-bit operation up to 180° phase shift. The capacitor bank design includes various configurations of RF MEMS capacitors, and they are compared to provide minimum phase errors between 9-11 GHz. The design procedure is managed while having regard to the in-house novel RF MEMS fabrication technique [1] and its design rules. Two different options are considered for the design of 3-dB couplers, namely regular Branch-Line Coupler (BLC) and Double Branch-Line Coupler (DBLC), comparing their bandwidths which are defined by phase difference and power imbalance between coupled and thru ports. Circuit simulations suggest to use a miniaturized double branch-line coupler (M-DLBC) implementing CPW Lines shortened with lumped air-bridge capacitors, and therefore this coupler and RF MEMS capacitor banks are modelled and simulated by using a 3D Electromagnetic (EM) solver software. The proposed 3-bit phase shifter provides phase shifts with a ±1.8% accuracy at 10 GHz and ±5.8% maximum peak error between 9-11 GHz. The mechanical parameters such as spring constant and pull-in voltages of RF MEMS bridges used in the phase shifter are also calculated.

Bu tez çalışması, 10 GHz'de ±1.8% doğruluğunda ve 9-11 GHz bandında en fazla ±5.8% hataya sahip, Eşdüzlemsel Dalga Klavuzu (EDK) ve RF MEMS değişken sığaç yapılarını kullanan bir 3-bit 180° sabit faz kaydırıcı tasarımı sunmaktadır. En az hataya sahip faz kaydırıcı, farklı faz kaydırıcı çeşitlerinin yenilikçi bir kurum-içi üretim parametreleri [1] ile tasarlanmış, örnek devre benzetimleri incelenerek belirlenmiştir. Daha geniş bant aralığı sunması ve EDK uyumlu olması sebebiyle, seçilen topoloji RF MEMS sığaç bankaları ve 3-dB bağlayıcıları kullanan yansıtmalı faz kaydırıcı olmuştur. Faz basamakları, RF MEMS sığaç bankasının yansıma fazındaki değişikliklerle sağlanmıştır. Öncelikle, 0°'den 90°'ye kadar faz farkı verebilen 2-bit faz kaydırıcı tasarlanmıştır. Bu faz kaydırıcılardan iki tanesinin arka arkaya eklenmesiyle, 3-bit ile çalışan 180° faz kaydırıcı elde edilmiştir.Sığaç bankası tasarımı, farklı RF MEMS sığaç düzenlemelerini içermektedir ve bunlar 9-11 GHz aralığında en az faz hatası vereni bulmak üzere karşılaştırılmıştır. Tasarım süreci, yenilikçi üretim tekniği [1] ve tasarım kuralları göz önünde bulundurarak yürütülmüştür. 3-dB bağlayıcı için normal Branş-Hatlı Bağlayıcı (BHB) ve Çiftli Branş-Hatlı Bağlayıcı (ÇBHB) olmak üzere iki seçenek, bağlı ve direk çıkışları arasındaki faz farkı ve güç dengesizliği tarafından belirlenen bant genişlikleri karşılaştırılarak incelenmiştir. Devre benzetimleri, hava-köprü sığaçları ile kısaltılmış EDK hatlarını kullanan, Küçültülmüş Çiftli Branş-Hatlı Bağlayıcı (K-ÇBHB)'yı öne çıkarmış, bu bağlayıcı ve RF MEMS sığaç bankası 3 boyutlu olarak Elektromanyetik (EM) çözücü yazılımında modellenmiş ve benzetimleri yapılmıştır. Sunulan 3-bit faz kaydırıcı, 10 GHz'de ±1.8% doğruluk ve 9-11 GHz bandında en fazla ±5.8% hatalı faz kaymaları sağlamaktadır.