RU2829031C1

RU2829031C1 - Integrated high-frequency microelectromechanical switch of capacitive switching principle with high capacitance factor

Info

Publication number: RU2829031C1
Application number: RU2023132693A
Authority: RU
Inventors: Алексей Вячеславович Ткаченко; Игорь Евгеньевич Лысенко; Марк Анатольевич Денисенко
Filing date: 2023-12-11
Publication date: 2024-10-22

Abstract

FIELD: microsystem equipment.

SUBSTANCE: invention can be used in integrated radio electronics. Integral high-frequency switch comprises a plate of a suspended movable electrode of a small-area electrostatic drive with a small thickness of the dielectric layer and a small value of the air gap between them, in the form of a plate from a conducting metal material, divided into a left and a right region of electrostatic activation, which are connected to each other by a jumper made of conducting metal material, located with some air gap and symmetrically on the left and right sides relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide. Switch design allows reducing its electromechanical and weight and size characteristics, perform more detailed adjustment of the effective operating frequency range and the central resonance frequency at the design stage of the switch, with low value of constant control voltage of 3.5 V for electrostatic activation of switch, which is compatible with integral radio electronics, in particular with modern antennae, telecommunication and radar devices, ground and satellite radio communication devices, with high dynamic characteristics, namely short time required for the switch closing and opening cycle of 6.25 mcs and 3.2 mcs respectively.

EFFECT: possibility of switching high-frequency radio signals with an effective frequency range in the S-frequency range, namely in the frequency range from 2 GHz to 4 GHz with central resonance frequency 3,6 GHz, value of insertion loss in open state of switch not less than 0,05 dB at central resonance frequency 3,6 GHz, isolation in the closed state of the switch is not less than 43 dB at the central resonance frequency of 3,6 GHz with the value of the introduced contact resistance of not more than 0,15 Ohm, with high Q factor and linearity, high quality factor of the switch design, high capacitance factor of switch—14,900.

1 cl, 9 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области микросистемной техники и может быть использовано в интегральной радиоэлектронике, в частности, в современных антенных, телекоммуникационных и радарных устройствах, устройствах наземной и спутниковый радиосвязи, устройствах лабораторного, тестового и испытательного оборудования для целей коммутации высокочастотных радиосигналов по линиям передачи.The proposed invention relates to the field of microsystem technology and can be used in integrated radio electronics, in particular, in modern antenna, telecommunication and radar devices, devices for terrestrial and satellite radio communications, devices for laboratory, testing and trial equipment for the purposes of switching high-frequency radio signals along transmission lines.

Известен интегральный высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости [Charles L. Goldsmith, Zhimin Yao, Susan Eshelman, David Denniston, Performance of Low-Loss RF MEMS Capacitive Switches, IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 8, No. 8, 1998, p. 269, fig. 1, fig 2], который содержит подложку, выполненную из диэлектрического материала, с расположенным на ней высокочастотным копланарным волноводом, выполненным из проводящего металлического материала, образованный центральным проводником, представляющим собой проводник линии передачи радиосигнала, и двумя заземляющими проводниками, расположенными симметрично с некоторым зазором по левую и правую сторону относительного центрального проводника, нижний неподвижный электрод электростатического привода, выполненный из проводящего металлического материала, расположенный непосредственно на проводнике линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, тонкий диэлектрический слой, расположенный на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, подвешенный подвижный электрод электростатического привода, выполненный в виде пластины из проводящего металлического материала, расположенный с некоторым воздушным зазором относительно тонкого диэлектрического слоя, имеющий сквозные перфорационные отверстия по всей площади, закрепленный симметрично по левой и правой стороне посредством двух опорно-якорных элементов конструкции, выполненных из проводящего металлического материала, которые расположены непосредственно на заземляющих проводниках высокочастотного копланарного волновода, при этом подвешенный подвижный электрод электростатического привода образует с нижним неподвижным электродом электростатического привода и тонким диэлектрическим слоем управляющий плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, емкость которого изменяется при электростатической активации электростатического привода, который образован подвешенным подвижным электродом электростатического привода и нижним неподвижным электродом электростатического привода. An integrated high-frequency microelectromechanical switch with a capacitive switching principle and a high capacitance coefficient is known [Charles L. Goldsmith, Zhimin Yao, Susan Eshelman, David Denniston, Performance of Low-Loss RF MEMS Capacitive Switches, IEEE Microwave and Guided Wave Letters, Vol. 8, No. 8, 1998, p. 269, fig. 1, fig 2], which comprises a substrate made of a dielectric material with a high-frequency coplanar waveguide located thereon, made of a conductive metallic material, formed by a central conductor, which is a conductor of a radio signal transmission line, and two grounding conductors located symmetrically with a certain gap on the left and right side relative to the central conductor, a lower fixed electrode of an electrostatic drive, made of a conductive metallic material, located directly on the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, a thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, a suspended movable electrode of the electrostatic drive, made in the form of a plate of a conductive metallic material, located with a certain air gap relative to the thin dielectric layer, having through perforation holes over the entire area, fixed symmetrically on the left and right side by means of two support-anchor elements of the structure, made of a conductive metallic material, which are located directly on the grounding conductors of the high-frequency coplanar waveguide, wherein the suspended movable electrode of the electrostatic drive forms, with the lower fixed electrode of the electrostatic drive and the thin dielectric layer, a control flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates, the capacitance of which changes during electrostatic activation of the electrostatic drive, which is formed by the suspended movable electrode of the electrostatic drive and the lower fixed electrode of the electrostatic drive.

Данный интегральный высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости позволяет коммутировать высокочастотные радиосигналы в диапазоне частот от 9 ГГц до 40 ГГц с малыми вносимыми потерями в открытом состоянии переключателя, малым вносимым сопротивлением и высокой изоляцией в закрытом состоянии на высоких частотах, не хуже 20 дБ в диапазоне частот от 15 ГГц до 40 ГГц с величиной коэффициента емкости в диапазоне от 80 до 110 при постоянном управляющем напряжении для электростатической активации переключателя в пределах 50 В.This integrated high-frequency microelectromechanical switch with a capacitive switching principle and a high capacitance coefficient allows switching high-frequency radio signals in the frequency range from 9 GHz to 40 GHz with low insertion losses in the open state of the switch, low insertion resistance and high isolation in the closed state at high frequencies, no worse than 20 dB in the frequency range from 15 GHz to 40 GHz with a capacitance factor in the range from 80 to 110 at a constant control voltage for electrostatic switch activation within 50 V.

Признаками аналога, совпадающими с существующими признаками, являются подложка, выполненная из диэлектрического материала, высокочастотный копланарный волновод, нижний неподвижный электрод электростатического привода, выполненные из проводящего металлического материала, тонкий диэлектрический слой, расположенный на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, подвешенный подвижный электрод электростатического привода, выполненный виде пластины из проводящего металлического материала, имеющий сквозные перфорационные отверстия по всей площади, опорно-якорные элементы конструкции, выполненные из проводящего металлического материала, которые расположены на соответствующих заземляющих проводниках высокочастотного копланарного волновода, плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл.The features of the analogue, coinciding with the existing features, are a substrate made of a dielectric material, a high-frequency coplanar waveguide, a lower fixed electrode of the electrostatic drive, made of a conductive metallic material, a thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, a suspended movable electrode of the electrostatic drive, made in the form of a plate of a conductive metallic material, having through perforation holes over the entire area, support-anchor elements of the structure, made of a conductive metallic material, which are located on the corresponding grounding conductors of the high-frequency coplanar waveguide, a flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates.

Недостатком данной конструкции интегрального высокочастотного микроэлектромеханического переключателя емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости является высокая величина постоянного управляющего напряжения, предназначенного для электростатической активации и приведения в движение в вертикальной плоскости, а также притяжения подвешенного подвижного электрода электростатического привода к нижнему неподвижному электроду электростатического привода, что является следствием высокой механической жесткости подвешенного подвижного электрода электростатического привода, обусловленная отсутствием в конструкции переключателя подвешенных упругих элементов подвеса, выполненных из проводящего металлического материала, низкая линейность и добротность, низкий коэффициент качества конструкции переключателя и длительное время операции перехода переключателя в закрытое состояние при электростатической активации и подаче постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, а также операции открытия при отключении подачи постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, низкая величина емкости образованного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а также низкий результирующий коэффициент емкости переключателя, что приводит к снижению линейности и электромагнитных характеристик переключателя в открытом и закрытом состоянии в эффективном рабочем диапазоне частот и на центральной резонансной частоте, а также сводит к минимуму возможности подстройки эффективного рабочего диапазона частот и центральной резонансной частоты, невозможности проектирования переключателя с малыми массогабаритными характеристиками, отсутствие в конструкции переключателя индуктивных выемок, расположенных в плоскости заземляющих проводников и в плоскости центрального проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, что также позволило бы проводить более детальную подстройку эффективного рабочего диапазона частот и центральной резонансной частоты на этапах проектирования переключателя, отсутствие в конструкции переключателя предусмотренных контактных площадок, выполненных из проводящего металлического материала, обеспечивающих возможность монтажа переключателя в специализированный высокочастотный корпус и его интеграцию в радиоэлектронные устройства, отсутствие в конструкции переключателя изолирующих пассивационных слоев, выполненных из диэлектрического материала, предназначенных для развязки постоянного управляющего напряжения от коммутируемого высокочастотного радиосигнала, конструктивные проблемы низкой надежности, выраженные в неполным, локальном или вовсе отсутствующем контакте между подвижным электродом электростатического привода и тонким диэлектрическим слоем, расположенным на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, при электростатической активации и переводе переключателя в закрытое состояние по причине высокой шероховатости поверхности тонкого диэлектрического слоя, что является следствием несовершенства технологического процесса изготовления либо неверным подбором материала диэлектрического слоя, что также приводит к низкой емкости образованного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а соответственно к низкой величине коэффициента емкости и негативному изменению, отклонению электромагнитных характеристик переключателя от заданных при его проектировании, конструктивные проблемы низкой отказоустойчивости, выраженные в возникающем явлении прилипания подвешенного подвижного электрода электростатического привода к тонкому диэлектрического слою, расположенному на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, при электростатической активации и удержании подвешенного подвижного электрода электростатического привода в нижнем положении при отсутствии подаваемого постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, что вызвано инжекцией зарядов на поверхность и в объем тонкого диэлектрического слоя, приводящее к значительному снижению добротности данного переключателя, а также в связи с этим высокой плотностью электрического тока, протекающего через тонкий диэлектрический слой и внезапной разностью потенциалов между двумя точками, что, как правило, приводит к необратимому разрушению тонкого диэлектрического слоя, который образует управляющий плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, который начинает вести себя как проводник.The disadvantage of this design of the integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance factor is the high value of the constant control voltage intended for electrostatic activation and driving in the vertical plane, as well as the attraction of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, which is a consequence of the high mechanical rigidity of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, caused by the absence in the design of the switch of suspended elastic suspension elements made of a conductive metal material, low linearity and quality factor, a low quality factor of the switch design and a long operation time for the switch to transition to the closed state during electrostatic activation and supply of constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, as well as the opening operation when the supply of constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive is disconnected, the low value of the capacitance of the formed control flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates, and low resulting coefficient of switch capacitance, which leads to a decrease in the linearity and electromagnetic characteristics of the switch in the open and closed state in the effective operating frequency range and at the central resonant frequency, and also minimizes the possibilities of adjusting the effective operating frequency range and central resonant frequency, the impossibility of designing a switch with small weight and size characteristics, the absence in the switch design of inductive notches located in the plane of the grounding conductors and in the plane of the central conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, which would also allow for a more detailed adjustment of the effective operating frequency range and central resonant frequency at the switch design stages, the absence in the switch design of provided contact pads made of conductive metal material, ensuring the possibility of mounting the switch in a specialized high-frequency housing and its integration into electronic devices, the absence in the switch design of insulating passivation layers made of dielectric material, intended for decoupling the constant control voltage from the switched high-frequency radio signal, design problems of low reliability, expressed in incomplete, local or completely absent contact between the movable electrode of the electrostatic drive and the thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, during electrostatic activation and switching the switch to the closed state due to the high roughness of the surface of the thin dielectric layer, which is a consequence of the imperfection of the manufacturing process or the incorrect selection of the material of the dielectric layer, which also leads to a low capacitance of the formed control flat thin-film variable capacitor with metal-dielectric-metal plates, and accordingly to a low value of the capacitance coefficient and a negative change, deviation of the electromagnetic characteristics of the switch from those specified during its design, design problems of low fault tolerance, expressed in the emerging phenomenon of adhesion of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to the thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, during electrostatic activation and retention of the suspended movable electrode of the electrostatic drive in the lower position in the absence of a constant control voltage supplied to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, which is caused by the injection of charges onto the surface and into the volume of the thin dielectric layer, leading to a significant decrease in the quality factor of this switch, and also in connection with this, the high density of the electric current flowing through the thin dielectric layer and the sudden potential difference between two points, which, as a rule, leads to the irreversible destruction of the thin dielectric layer, which forms a control flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates, which begins to behave as a conductor.

Функциональным аналогом заявленного объекта является интегральный высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости [Jae Y. Park, Geun H. Kim, Ki W. Chung, Jong U. Bu, Fully Integrated Micromachined Capacitive Switches for RF Applications, IEEE MTT-S Digest, 2000, p. 284, fig. 3-5] содержащий подложку, выполненную из диэлектрического материала, с расположенным на ней высокочастотным копланарным волноводом, выполненным из проводящего металлического материала, образованный центральным проводником, представляющим собой проводник линии передачи радиосигнала, и двумя заземляющими проводниками, расположенными симметрично с некоторым зазором по левую и правую сторону относительного центрального проводника, нижний неподвижный электрод электростатического привода, выполненный из проводящего металлического материала, расположенный непосредственно на проводнике линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, тонкий диэлектрический слой, расположенный на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, подвешенный подвижный электрод электростатического привода, выполненный в виде пластины из проводящего металлического материала, расположенный с некоторым воздушным зазором относительно тонкого диэлектрического слоя, который симметрично крепится по левой и правой стороне посредством двух подвешенных упругих элементов подвеса в форме меандра, выполненных из проводящего металлического материала, при этом каждый из двух подвешенных упругих элементов подвеса симметрично крепится к соответствующему опорно-якорному элементу конструкции, выполненному из проводящего металлического материала, который расположен непосредственно на соответствующем заземляющем проводнике высокочастотного копланарного волновода, при этом подвешенный подвижный электрод электростатического привода образует с нижним неподвижным электродом электростатического привода и тонким диэлектрическим слоем управляющий плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, емкость которого изменяется при электростатической активации электростатического привода, который образован подвешенным подвижным электродом электростатического привода и нижним неподвижным электродом электростатического привода.The functional analogue of the claimed object is an integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance coefficient [Jae Y. Park, Geun H. Kim, Ki W. Chung, Jong U. Bu, Fully Integrated Micromachined Capacitive Switches for RF Applications, IEEE MTT-S Digest, 2000, p. 284, fig. 3-5] comprising a substrate made of a dielectric material with a high-frequency coplanar waveguide located thereon, made of a conductive metallic material, formed by a central conductor, which is a conductor of a radio signal transmission line, and two grounding conductors located symmetrically with a certain gap on the left and right sides relative to the central conductor, a lower fixed electrode of an electrostatic drive, made of a conductive metallic material, located directly on the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, a thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, a suspended movable electrode of the electrostatic drive, made in the form of a plate of a conductive metallic material, located with a certain air gap relative to the thin dielectric layer, which is symmetrically attached on the left and right sides by means of two suspended elastic suspension elements in the form of a meander, made of a conductive metallic material, wherein each of the two suspended elastic suspension elements are symmetrically attached to the corresponding support-anchor element of the structure, made of a conductive metallic material, which is located directly on the corresponding grounding conductor of the high-frequency coplanar waveguide, wherein the suspended movable electrode of the electrostatic drive forms, with the lower fixed electrode of the electrostatic drive and a thin dielectric layer, a control flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates, the capacitance of which changes during electrostatic activation of the electrostatic drive, which is formed by the suspended movable electrode of the electrostatic drive and the lower fixed electrode of the electrostatic drive.

Данный интегральный высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости позволяет коммутировать высокочастотные радиосигналы в диапазоне частот от 1 ГГц до 16 ГГц с малыми вносимыми потерями до 0.08 дБ на частоте до 10 ГГц в открытом состоянии переключателя, изоляцией 42 дБ в закрытом состоянии на центральной резонансной частоте 5 ГГц и изоляцией не хуже 30 дБ в диапазоне частот от 5 ГГц до 16 ГГц с величиной коэффициента емкости равной 600 при постоянном управляющем напряжении для электростатической активации переключателя в пределах 25 В.This integrated high-frequency microelectromechanical switch with a capacitive switching principle and a high capacitance coefficient allows switching high-frequency radio signals in the frequency range from 1 GHz to 16 GHz with low insertion losses up to 0.08 dB at frequencies up to 10 GHz in the open state of the switch, with isolation 42 dB in closed state at the central resonant frequency of 5 GHz and isolation no worse 30 dB over the frequency range from 5 GHz to 16 GHz with a capacitance factor of 600 at a constant control voltage for electrostatic switch activation within 25 V.

Признаками аналога, совпадающими с существующими признаками, являются подложка, выполненная из диэлектрического материала, высокочастотный копланарный волновод, нижний неподвижный электрод электростатического привода, выполненные из проводящего металлического материала, тонкий диэлектрический слой, расположенный на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, подвешенный подвижный электрод электростатического привода, выполненный в виде пластины из проводящего металлического материала, подвешенные упругие элементы подвеса, выполненные из проводящего металлического материала, которые крепятся к подвешенному подвижному электроду электростатического привода и к опорно-якорным элементам конструкции, выполненным из проводящего металлического материала, которые расположены на соответствующих заземляющих проводниках высокочастотного копланарного волновода, плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл.The features of the analogue, coinciding with the existing features, are a substrate made of a dielectric material, a high-frequency coplanar waveguide, a lower fixed electrode of the electrostatic drive, made of a conductive metallic material, a thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, a suspended movable electrode of the electrostatic drive, made in the form of a plate of a conductive metallic material, suspended elastic suspension elements made of a conductive metallic material, which are attached to the suspended movable electrode of the electrostatic drive and to the support-anchor elements of the structure, made of a conductive metallic material, which are located on the corresponding grounding conductors of the high-frequency coplanar waveguide, a flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates.

Недостатком данной конструкции интегрального высокочастотного микроэлектромеханического переключателя емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости является высокая величина постоянного управляющего напряжения, предназначенного для электростатической активации, приведения в движение в вертикальной плоскости, а также притяжения подвешенного подвижного электрода электростатического привода к нижнему неподвижному электроду электростатического привода, что является следствием высокой механической жесткости подвешенного подвижного электрода электростатического привода, обусловленная высокой величиной коэффициента жесткости, примененных подвешенных упругих элементов подвеса, выполненных из проводящего металлического материала, низкая линейность и добротность, низкий коэффициент качества конструкции переключателя и длительное время операции перехода переключателя в закрытое состояние при электростатической активации и подаче постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, а также операции открытия при отключении подачи постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, низкая величина емкости образованного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а также низкий результирующий коэффициент емкости переключателя, что приводит к снижению линейности и электромагнитных характеристик переключателя в открытом и закрытом состоянии в эффективном рабочем диапазоне частот и на центральной резонансной частоте, а также сводит к минимуму возможности подстройки эффективного рабочего диапазона частот и центральной резонансной частоты, невозможности проектирования переключателя с малыми массогабаритными характеристиками, отсутствие в конструкции переключателя индуктивных выемок, а именно, в плоскости заземляющих проводников и в плоскости центрального проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, что позволило бы проводить более детальную подстройку эффективного рабочего диапазона частот и центральной резонансной частоты на этапе проектирования переключателя, отсутствие в конструкции переключателя предусмотренных контактных площадок, выполненных из проводящего металлического материала, обеспечивающих возможность монтажа переключателя в специализированный высокочастотный корпус и его интеграцию в радиоэлектронные устройства, отсутствие в конструкции переключателя изолирующих пассивационных слоев, выполненных из диэлектрического материала, предназначенных для развязки постоянного управляющего напряжения от коммутируемого высокочастотного радиосигнала, конструктивные проблемы низкой надежности, выраженные в отсутствии в подвешенном подвижном электроде электростатического привода, выполненном в виде пластины из проводящего металлического материала, сквозных перфорационных отверстий, что также приводит к снижению коэффициента качества конструкции переключателя и длительному времени операции перехода переключателя в закрытое состояние при электростатической активации и подаче постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, а также операции открытия при отключении подачи постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода по причине высокой величины коэффициента изотермического и термоупругого демпфирования, кроме того, низкая толщина подвешенного подвижного электрода электростатического привода и отсутствие в его конструкции сквозных перфорационных отверстий влияет на величину остаточных термомеханических напряжений, возникающих на этапах технологического процесса изготовления конструкции переключателя, оказывающих влияние на механическую резонансную частоту подвешенного подвижного электрода электростатического привода, а также служит причиной различного вида механических деформаций пластины подвешенного подвижного электрода электростатического привода, таких как изгибы, сжатие, коробление, что является причиной неполного, локального перемещения подвешенного подвижного электрода электростатического привода к нижнему неподвижному электроду электростатического привода при электростатической активации и переводе переключателя в закрытое состояние, что в свою очередь является причиной неполного, локального или вовсе отсутствующего контакта между подвижным электродом электростатического привода и тонким диэлектрическим слоем, расположенным на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, приводящее к низкой величине емкости образованного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а также к низкой величине коэффициента емкости, смещению эффективного рабочего диапазона частот, центральной резонансной частоты и электромагнитных характеристик переключателя от заданных при его проектировании, конструктивные проблемы низкой отказоустойчивости, выраженные в высокой шероховатости поверхности тонкого диэлектрического слоя по причине несовершенства технологического процесса изготовления либо по причине неверного подбора материала диэлектрического слоя, что также приводит к низкой величине емкости образованного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а соответственно к низкой величине коэффициента емкости и негативному изменению, отклонению электромагнитных характеристик переключателя от заданных при его проектировании, конструктивные проблемы низкой отказоустойчивости, выраженные в возникающем явлении прилипания подвешенного подвижного электрода электростатического привода к тонкому диэлектрическому слою, расположенному на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, при электростатической активации и удержании подвешенного подвижного электрода электростатического привода в нижнем положении при отсутствии подаваемого постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, что вызвано инжекцией зарядов на поверхность и в объем тонкого диэлектрического слоя, приводящее к значительному снижению добротности данного переключателя, а также в связи с этим высокой плотностью электрического тока, протекающего через тонкий диэлектрический слой и внезапной разностью потенциалов между двумя точками, что, как правило, приводит к необратимому разрушению тонкого диэлектрического слоя, который образует управляющий плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, который начинает вести себя как проводник.The disadvantage of this design of the integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance factor is the high value of the constant control voltage intended for electrostatic activation, setting in motion in the vertical plane, as well as the attraction of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, which is a consequence of the high mechanical rigidity of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, caused by the high value of the rigidity coefficient of the applied suspended elastic suspension elements made of a conductive metal material, low linearity and quality factor, a low quality factor of the switch design and a long time of the switch transition operation to the closed state during electrostatic activation and supply of constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, as well as the opening operation when disconnecting the supply of constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, a low value of the capacitance of the formed control flat thin-film capacitor of variable capacitance with plates metal-dielectric-metal, as well as a low resulting coefficient of switch capacitance, which leads to a decrease in the linearity and electromagnetic characteristics of the switch in the open and closed state in the effective operating frequency range and at the central resonant frequency, and also minimizes the possibility of adjusting the effective operating frequency range and central resonant frequency, the impossibility of designing a switch with small weight and size characteristics, the absence of inductive notches in the switch design, namely, in the plane of the grounding conductors and in the plane of the central conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, which would allow for more detailed adjustment of the effective operating frequency range and central resonant frequency at the switch design stage, the absence in the switch design of provided contact pads made of conductive metal material, providing the ability to mount the switch in a specialized high-frequency housing and integrate it into electronic devices, the absence in the switch design of insulating passivation layers made of dielectric material, intended for decoupling the constant control voltage from the switched high-frequency radio signal, low reliability design problems expressed in the absence of through perforation holes in the suspended movable electrode of the electrostatic drive, made in the form of a plate made of conductive metal material, which also leads to a decrease in the quality factor of the switch design and a long time for the switch to switch to the closed state during electrostatic activation and supply of constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, as well as the opening operation when disconnecting the supply of constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive due to the high value of the isothermal and thermoelastic damping coefficient, in addition, the low thickness of the suspended movable electrode of the electrostatic drive and the absence of through perforation holes in its design affects the value of residual thermomechanical stresses arising at the stages of the technological process of manufacturing the switch design, affecting the mechanical resonant frequency of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, and also causes various types of mechanical deformations of the plate of the suspended movable electrode electrostatic drive, such as bending, compression, warping, which is the cause of incomplete, local movement of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to the lower fixed electrode of the electrostatic drive during electrostatic activation and switching the switch to the closed state, which in turn is the cause of incomplete, local or completely absent contact between the movable electrode of the electrostatic drive and the thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, leading to a low capacitance value of the formed control flat thin-film variable capacitor with metal-dielectric-metal plates, as well as to a low value of the capacitance coefficient, a shift in the effective operating frequency range, the central resonant frequency and electromagnetic characteristics of the switch from those specified during its design, design problems of low fault tolerance, expressed in high roughness of the surface of the thin dielectric layer due to imperfections in the manufacturing process or due to incorrect selection of the material of the dielectric layer, which also leads to to the low capacitance value of the formed control flat thin-film variable capacitor with metal-dielectric-metal plates, and accordingly to the low value of the capacitance coefficient and the negative change, deviation of the electromagnetic characteristics of the switch from those specified during its design, design problems of low fault tolerance, expressed in the emerging phenomenon of adhesion of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to the thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, during electrostatic activation and retention of the suspended movable electrode of the electrostatic drive in the lower position in the absence of a constant control voltage supplied to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, which is caused by the injection of charges onto the surface and into the volume of the thin dielectric layer, leading to a significant decrease in the quality factor of this switch, and also in connection with this, the high density of the electric current flowing through the thin dielectric layer and the sudden potential difference between two points, which, as a rule, leads to irreversible destruction of the thin dielectric layer, which forms a control flat thin-film variable capacitor with metal-dielectric-metal plates, which begins to behave as a conductor.

Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является интегральный высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости [Johnson Taye, Koushik Guha, Srimanta Baishya, Design and Analysis of RF MEMS Shunt Capacitive Switch for Low Actuation Voltage & High Capacitance Ratio, Springer: Physics of Semiconductor Devices, Environmental Science and Engineering, 2014, p. 446, fig. 1-3], содержащий подложку, выполненную из диэлектрического материала, с расположенным на ней высокочастотным копланарным волноводом, выполненным из проводящего металлического материала, образованный центральным проводником, представляющим собой проводник линии передачи радиосигнала, и двумя заземляющими проводниками, расположенными симметрично с некоторым зазором по левую и правую сторону относительного центрального проводника, нижний неподвижный электрод электростатического привода, выполненный из проводящего металлического материала, расположенный непосредственно на проводнике линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, тонкий диэлектрический слой, расположенный на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, подвешенный подвижный электрод электростатического привода, выполненный в виде пластины из проводящего металлического материала, расположенный с некоторым воздушным зазором относительно тонкого диэлектрического слоя, который симметрично крепится по левой и правой стороны посредством двух пар подвешенных упругих элементов подвеса в форме последовательного соединения двух меандров, выполненных из проводящего металлического материала, при этом каждая из двух пар подвешенных упругих элементов подвеса симметрично крепится к соответствующей паре опорно-якорных элементов конструкции, выполненных из проводящего металлического материала, которые расположены на соответствующих заземляющих проводниках высокочастотного копланарного волновода, при этом подвешенный подвижный электрод электростатического привода образует с нижним неподвижным электродом электростатического привода и тонким диэлектрическим слоем управляющий плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, емкость которого изменяется при электростатической активации электростатического привода, который образован подвешенным подвижным электродом электростатического привода и нижним неподвижным электродом электростатического привода.Of the known ones, the closest in technical essence to the claimed object is an integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance ratio [Johnson Taye, Koushik Guha, Srimanta Baishya, Design and Analysis of RF MEMS Shunt Capacitive Switch for Low Actuation Voltage & High Capacitance Ratio, Springer: Physics of Semiconductor Devices, Environmental Science and Engineering, 2014, p. 446, fig. 1-3], comprising a substrate made of a dielectric material with a high-frequency coplanar waveguide located thereon, made of a conductive metallic material, formed by a central conductor, which is a conductor of a radio signal transmission line, and two grounding conductors located symmetrically with a certain gap on the left and right sides relative to the central conductor, a lower fixed electrode of an electrostatic drive, made of a conductive metallic material, located directly on the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, a thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, a suspended movable electrode of the electrostatic drive, made in the form of a plate of a conductive metallic material, located with a certain air gap relative to the thin dielectric layer, which is symmetrically attached on the left and right sides by means of two pairs of suspended elastic suspension elements in the form of a series connection of two meanders made of a conductive metallic material, wherein each of the two pairs suspended elastic suspension elements are symmetrically attached to a corresponding pair of support-anchor structural elements made of a conductive metallic material, which are located on the corresponding grounding conductors of the high-frequency coplanar waveguide, wherein the suspended movable electrode of the electrostatic drive forms, with the lower fixed electrode of the electrostatic drive and a thin dielectric layer, a control flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates, the capacitance of which changes during electrostatic activation of the electrostatic drive, which is formed by the suspended movable electrode of the electrostatic drive and the lower fixed electrode of the electrostatic drive.

Данный интегральный высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости позволяет коммутировать радиочастотные сигналы в диапазоне частот от 5 ГГц до 40 ГГц с вносимыми потерями до 1.65 дБ на частотах до 40 ГГц в открытом состоянии переключателя, изоляцией не хуже 40 дБ в закрытом состоянии в диапазоне частот от 10 ГГц до 20 ГГц и изоляцией 50 дБ на центральной резонансной частоте 25 ГГц с величиной коэффициента емкости до 117 при постоянном управляющем напряжении для электростатической активации переключателя до 10 В, что зависит от количества последовательно соединенных меандров в конструкции подвешенных упругих элементов подвеса.This integrated high-frequency microelectromechanical switch with a capacitive switching principle and a high capacitance factor allows switching radio frequency signals in the frequency range from 5 GHz to 40 GHz with insertion losses up to 1.65 dB at frequencies up to 40 GHz in the open state of the switch, with insulation no worse than 40 dB closed state in the frequency range from 10 GHz to 20 GHz and isolation 50 dB at a central resonance frequency of 25 GHz with a capacitance factor of up to 117 at a constant control voltage for electrostatic switch activation of up to 10 V, which depends on the number of series-connected meanders in the design of suspended elastic suspension elements.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются подложка, выполненная из диэлектрического материала, высокочастотный копланарный волновод, нижний неподвижный электрод электростатического привода, выполненные из проводящего металлического материала, тонкий диэлектрический слой, расположенный на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, подвешенный подвижный электрод электростатического привода, выполненный в виде пластины из проводящего металлического материала, две пары подвешенных упругих элементов подвеса, которые симметрично крепятся к соответствующей левой и правой стороне подвешенного подвижного электрода электростатического привода, выполненные из проводящего металлического материала, а также крепятся к соответствующей паре опорно-якорных элементов конструкции, выполненных из проводящего металлического материала, которые расположены непосредственно на заземляющих проводниках высокочастотного копланарного волновода, плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл.The prototype features that coincide with the essential features are a substrate made of a dielectric material, a high-frequency coplanar waveguide, a lower fixed electrode of the electrostatic drive made of a conductive metallic material, a thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, a suspended movable electrode of the electrostatic drive made in the form of a plate made of a conductive metallic material, two pairs of suspended elastic suspension elements that are symmetrically attached to the corresponding left and right sides of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, made of a conductive metallic material, and are also attached to the corresponding pair of support-anchor elements of the structure made of a conductive metallic material, which are located directly on the grounding conductors of the high-frequency coplanar waveguide, a flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates.

Недостатком данной конструкции интегрального высокочастотного микроэлектромеханического переключателя емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости является высокая величина постоянного управляющего напряжения, предназначенного для электростатической активации, приведения в движение в вертикальной плоскости, а также притяжения подвешенного подвижного электрода электростатического привода к нижнему неподвижному электроду электростатического привода, что является следствием высокой механической жесткости подвешенного подвижного электрода электростатического привода, обусловленная высокой величиной коэффициента жесткости, примененных подвешенных упругих элементов подвеса, низкий коэффициент качества конструкции переключателя и длительное время операции перехода переключателя в закрытое состояние при электростатической активации и подаче постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, а также операции открытия при отключении подачи постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, низкая величина емкости образованного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а также низкий результирующий коэффициент емкости переключателя, что приводит к снижению добротности, линейности и электромагнитных характеристик переключателя в открытом и закрытом состоянии в эффективном рабочем диапазоне частот и на центральной резонансной частоте, а также сводит к минимуму возможности подстройки эффективного рабочего диапазона частот и центральной резонансной частоты, невозможности проектирования переключателя с малыми массогабаритными характеристиками, отсутствие в конструкции переключателя индуктивных выемок, расположенных в плоскости заземляющих проводников и в плоскости центрального проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, что также позволило бы проводить более детальную подстройку эффективного рабочего диапазона частот и центральной резонансной частоты на этапе проектирования переключателя, отсутствие в конструкции переключателя предусмотренных контактных площадок, выполненных из проводящего металлического материала, обеспечивающих возможность монтажа переключателя в специализированный высокочастотный корпус и его интеграцию в радиоэлектронные устройства, отсутствие в конструкции переключателя изолирующих пассивационных слоев, выполненных из диэлектрического материала, предназначенных для развязки постоянного управляющего напряжения от коммутируемого высокочастотного радиосигнала, конструктивные проблемы низкой надежности, выраженные в отсутствии в подвешенном подвижном электроде электростатического привода, выполненном в виде пластины, сквозных перфорационных отверстий, что также приводит к снижению коэффициента качества конструкции переключателя и длительному времени операции перехода переключателя в закрытое состояние при электростатической активации и подаче постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, а также операции открытия при отключении подачи постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода по причине высокой величины коэффициента изотермического и термоупругого демпфирования, кроме того, низкая толщина подвешенного подвижного электрода электростатического привода и отсутствие в его конструкции сквозных перфорационных отверстий, влияющих на рост величины остаточных термомеханических напряжений, возникающих на этапах технологического процесса изготовления конструкции переключателя, оказывающие влияние на механическую резонансную частоту подвешенного подвижного электрода электростатического привода, а также служит причиной различного вида механических деформаций пластины подвешенного подвижного электрода электростатического привода, таких как изгибы, сжатие, коробление, что является причиной неполного, локального перемещения подвешенного подвижного электрода электростатического привода к нижнему неподвижному электроду электростатического привода при электростатической активации и переводе переключателя в закрытое состояние, что в свою очередь является причиной неполного, локального или вовсе отсутствующего контакта между подвешенным подвижным электродом электростатического привода и тонким диэлектрическим слоем, расположенным на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, приводящее к низкой емкости образованного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а также к низкой величине коэффициента емкости, смещению эффективного рабочего диапазона частот и центральной резонансной частоты, электромагнитных характеристик переключателя от заданных при его проектировании, конструктивные проблемы низкой отказоустойчивости, выраженные в высокой шероховатости поверхности тонкого диэлектрического слоя по причине несовершенства технологического процесса изготовления либо по причине неверного подбора материала диэлектрического слоя, что также приводит к низкой величине емкости образованного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а соответственно к низкой величине коэффициента емкости и негативному изменению, отклонению электромагнитных характеристик переключателя от заданных при его проектировании, конструктивные проблемы низкой отказоустойчивости, выраженные в возникающем явлении прилипания подвешенного подвижного электрода электростатического привода к тонкому диэлектрическому слою, расположенному на поверхности нижнего неподвижного электрода электростатического привода, при электростатической активации и удержании подвешенного подвижного электрода электростатического привода в нижнем положении при отсутствии постоянного управляющего напряжения на нижний неподвижный электрод электростатического привода, что вызвано инжекцией зарядов на поверхность и в объем тонкого диэлектрического слоя, приводящее к значительному снижению добротности данного переключателя, а также в связи с этим высокой плотностью электрического тока, протекающего через тонкий диэлектрический слой и внезапной разностью потенциалов между двумя точками, что, как правило, приводит к необратимому разрушению тонкого диэлектрического слоя, который образует управляющий плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, который начинает вести себя как проводник.The disadvantage of this design of the integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance factor is the high value of the constant control voltage intended for electrostatic activation, setting in motion in the vertical plane, and also the attraction of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, which is a consequence of the high mechanical rigidity of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, caused by the high value of the rigidity coefficient of the applied suspended elastic suspension elements, the low quality factor of the switch design and the long time of the operation of switching the switch to the closed state during electrostatic activation and supplying constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, as well as the opening operation when disconnecting the supply of constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, the low value of the capacitance of the formed control flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates, as well as the low resulting capacitance factor of the switch, which leads to a decrease quality factor, linearity and electromagnetic characteristics of the switch in the open and closed state in the effective operating frequency range and at the central resonant frequency, and also minimizes the possibility of adjusting the effective operating frequency range and central resonant frequency, the impossibility of designing a switch with small weight and size characteristics, the absence in the switch design of inductive notches located in the plane of the grounding conductors and in the plane of the central conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, which would also allow for more detailed adjustment of the effective operating frequency range and central resonant frequency at the switch design stage, the absence in the switch design of provided contact pads made of conductive metal material, providing the possibility of mounting the switch in a specialized high-frequency housing and its integration into electronic devices, the absence in the switch design of insulating passivation layers made of dielectric material, intended for decoupling the constant control voltage from the switched high-frequency radio signal, design problems of low reliability, expressed in the absence in the suspended the movable electrode of the electrostatic drive, made in the form of a plate, through perforations, which also leads to a decrease in the quality factor of the switch design and a long time of the switch transition operation to the closed state during electrostatic activation and supply of constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive, as well as the opening operation when disconnecting the supply of constant control voltage to the lower fixed electrode of the electrostatic drive due to the high value of the isothermal and thermoelastic damping coefficient, in addition, the low thickness of the suspended movable electrode of the electrostatic drive and the absence of through perforations in its design, affecting the growth of the value of residual thermomechanical stresses arising at the stages of the technological process of manufacturing the switch design, affecting the mechanical resonant frequency of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, and also serves as the cause of various types of mechanical deformations of the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, such as bending, compression, warping, which is the cause incomplete, local movement of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to the lower fixed electrode of the electrostatic drive during electrostatic activation and switching the switch to the closed state, which in turn is the cause of incomplete, local or completely absent contact between the suspended movable electrode of the electrostatic drive and the thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, leading to a low capacitance of the formed control flat thin-film variable capacitor with metal-dielectric-metal plates, as well as to a low value of the capacitance coefficient, a shift in the effective operating frequency range and central resonant frequency, electromagnetic characteristics of the switch from those specified during its design, design problems of low fault tolerance, expressed in high roughness of the surface of the thin dielectric layer due to imperfections in the manufacturing process or due to incorrect selection of the material of the dielectric layer, which also leads to a low value of the capacitance of the formed control flat thin-film variable capacitor with metal-dielectric-metal plates, and accordingly to a low value of the capacitance coefficient and a negative change, deviation of the electromagnetic characteristics of the switch from those specified during its design, design problems of low fault tolerance, expressed in the emerging phenomenon of adhesion of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to a thin dielectric layer located on the surface of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, during electrostatic activation and retention of the suspended movable electrode of the electrostatic drive in the lower position in the absence of a constant control voltage on the lower fixed electrode of the electrostatic drive, which is caused by the injection of charges onto the surface and into the volume of the thin dielectric layer, leading to a significant decrease in the quality factor of this switch, and also in connection with this, the high density of the electric current flowing through the thin dielectric layer and the sudden potential difference between two points, which, as a rule, leads to irreversible destruction of the thin dielectric layer, which forms a control flat thin-film capacitor of variable capacitance with plates metal-insulator-metal that begins to behave as a conductor.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в возможности коммутации высокочастотных радиосигналов с эффективным диапазоном частот в области S-диапазона частот, а именно, в диапазоне частот от 2 ГГц до 4 ГГц с центральной резонансной частотой 3,6 ГГц, величиной вносимых потерь в открытом состоянии переключателя не хуже 0.05 дБ на центральной резонансной частоте 3.6 ГГц, изоляцией в закрытом состоянии переключателя не хуже 43 дБ на центральной резонансной частоте 3,6 ГГц с величиной вносимого контактного сопротивления не более 0,15 Ом, с высокой добротностью и линейностью, высоким коэффициентом качества конструкции переключателя, высоким коэффициентом емкости переключателя - 14900, при малой площади пластины подвешенного подвижного электрода электростатического привода, малой толщине диэлектрического слоя и малой величине воздушного зазора между ними, что также позволяет снизить электромеханические и массогабаритные характеристики переключателя, проводить более детальную подстройку эффективного рабочего диапазона частот и центральной резонансной частоты на этапе проектирования переключателя, с низкой величиной постоянного управляющего напряжения 3,5 В для электростатической активации переключателя, что совместимо с интегральной радиоэлектроникой, в частности, с современными антенными, телекоммуникационными и радарными устройствами, устройствами наземной и спутниковый радиосвязи, с высокими динамическими характеристиками, а именно, малым временем необходимым на совершение цикла операции закрытие и открытие переключателя в 6,25 мкс и 3,2 мкс соответственно.The technical result achieved by implementing the proposed invention consists in the possibility of switching high-frequency radio signals with an effective frequency range in the S-band region, namely, in the frequency range from 2 GHz to 4 GHz with a central resonant frequency of 3.6 GHz, with the value of insertion losses in the open state of the switch no worse than 0.05 dB at the central resonant frequency of 3.6 GHz, isolation in the closed state of the switch is not worse 43 dB at the central resonant frequency of 3.6 GHz with the value of the introduced contact resistance of no more than 0.15 Ohm, with high quality factor and linearity, high quality factor of the switch design, high capacitance factor of the switch - 14900, with a small area of the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, a small thickness of the dielectric layer and a small value of the air gap between them, which also makes it possible to reduce the electromechanical and weight and size characteristics of the switch, to carry out a more detailed adjustment of the effective operating frequency range and the central resonant frequency at the switch design stage, with a low value of the constant control voltage of 3.5 V for electrostatic activation of the switch, which is compatible with integrated radio electronics, in particular, with modern antenna, telecommunication and radar devices, terrestrial and satellite radio communication devices, with high dynamic characteristics, namely, a short time required to complete the cycle of the operation of closing and opening the switch in 6.25 µs and 3.2 µs, respectively.

Для достижения необходимого технического результата в интегральный высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости, содержащий подложку, выполненную из диэлектрического материала, с расположенным на ней высокочастотным копланарным волноводом, выполненным из проводящего металлического материала, образованным центральным проводником, представляющим собой проводник линии передачи радиосигнала, и двумя заземляющими проводниками, расположенными симметрично с некоторым зазором по левую и правую сторону относительного центрального проводника, введены подвешенный подвижный электрод электростатического привода, выполненный в виде пластины из проводящего металлического материала, разделенный на левую и правую область электростатической активации, которые соединены между собой перемычкой, выполненной из проводящего металлического материала, расположенный с некоторым воздушным зазором и симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, две пары подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы, выполненные из проводящего металлического материала, характеризующиеся низкой величиной коэффициента жесткости, что позволяет существенно снизить величину постоянного управляющего напряжения, при этом одна пара подвешенных упругих элементов подвеса крепиться к левой области электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, а другая пара подвешенных упругих элементов подвеса крепиться к правой области электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, симметрично по левую и правую сторону подвешенного подвижного электрода электростатического привода, две пары опорно-якорных элементов конструкции, выполненные из проводящего металлического материала, которые расположены на левом и правом заземляющем проводнике высокочастотного копланарного волновода относительно проводника линии передачи радиосигнала, к которым крепится соответствующая пара подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы, нижний неподвижный электрод электростатического привода, выполненный из проводящего металлического материала, разделенный на левую и правой область электростатической активации, которые расположены симметрично с зазором по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, а также симметрично с некоторым воздушным зазором под левой и правой областью электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, тонкие пассивационные слои, выполненные из диэлектрического материала, которые нанесены на поверхность левой и правой области электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, предназначенные для исключения контакта по всей площади левой и правой области электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода с соответствующими левой и правой областью электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, два плоских тонкопленочных конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, образованные левой и правой областью электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, тонкими пассивационными слоями, расположенные на их поверхности, а также левой и правой областью электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, сквозные перфорационные отверстия в пластине подвешенного подвижного электрода электростатического привода, имеющие круглый профиль определенного диаметра и расположенные с определенным шагом по всей площади пластины, что позволяет снизить величину коэффициента изотермического и термоупругого демпфирования, повысить динамические характеристики переключателя, а также существенно снизить величину остаточных термомеханических напряжений, возникающих на этапах технологического процесса изготовления конструкции переключателя, оказывающих влияние на величину механической резонансной частоты подвешенного подвижного электрода электростатического привода, служащих причиной различного вида механических деформаций пластины подвешенного подвижного электрода электростатического привода, таких как изгибы, сжатие, коробление, что также может являться причиной негативного изменения механических характеристик переключателя, являясь причиной неполного, локального перемещения подвешенного подвижного электрода электростатического привода к нижнему неподвижному электроду электростатического привода при электростатической активации и переводе переключателя в закрытое состояние, что в свою очередь является причиной неполного, локального или вовсе отсутствующего контакта между левой и правой областью электростатической активации подвижного электрода электростатического привода и тонкими пассивационными слоями, расположенными на поверхности левой и правой области электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, что приводит к низкой величине емкости образованных плоских тонкопленочных конденсаторов переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а также к низкой величине коэффициента емкости и смещению эффективного рабочего диапазона частот, центральной резонансной частоты и электромагнитных характеристик переключателя от заданных при его проектировании, основной управляющий плоский тонкопленочный конденсатор постоянной высокой емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, который образован нанесенным локально с определенной топологической конфигурацией тонким диэлектрическим слоем с высокой диэлектрической проницаемостью на поверхность проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, нанесенным на его поверхность дополнительным проводящим металлическим слоем, что позволяет существенно повысить величину коэффициента емкости переключателя, а также исключить конструктивные причины неполного или локального контакта между левой и правой областью электростатической активации подвижного электрода электростатического привода и тонкими пассивационными слоями, расположенными на поверхности левой и правой области электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода при электростатической активации и переводе переключателя в закрытое состояние по причине высокой шероховатости поверхности тонкого пассивационного слоя, что является следствием несовершенства технологического процесса изготовления либо неверным подбором материала диэлектрического слоя, что приводит к низкой величине емкости образованных плоских тонкопленочных конденсаторов переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, а соответственно к снижению величины коэффициента емкости и негативному изменению, отклонению электромагнитных характеристик переключателя от заданных при его проектировании, кроме того, предоставляя возможность проектировать переключатель с малой площадью пластины подвешенного подвижного электрода электростатического привода, малой толщиной диэлектрического слоя основного управляющего конденсатора и малой величиной воздушного зазора между ними, что также позволяет повысить электромеханические и снизить массогабаритные характеристики переключателя, также формируется разница в соосности некоторых элементов конструкции переключателя, которая заключается в разнице толщин слоев, а именно, толщина слоев, образованная левой и правой областью электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода и тонкими пассивационными слоями на их поверхности, меньше, чем толщина слоев, образованная проводником линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, тонким диэлектрическим слоем с высокой диэлектрической проницаемостью и дополнительным проводящим металлическим слоем на его поверхности, так что в закрытом состоянии переключателя соединительная перемычка подвешенного подвижного электрода электростатического привода в полной мере контактирует лишь с поверхностью дополнительного проводящего металлического слоя, исключая проблему возникающего явления прилипания левой и/или правой области электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода к тонким пассивационным слоям при электростатической активации переключателя, что вызвано инжекцией зарядов на поверхность и в объем тонкого пассивационного слоя, третий плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, образованный соединительной перемычкой подвешенного подвижного электрода электростатического привода, дополнительным проводящим металлическим слоем и воздушным зазором между ними, индуктивные выемки в плоскости заземляющих проводников и плоскости центрального проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, что позволяет проводить более детальную подстройку эффективного рабочего диапазона частот, а также центральной резонансной частоты на этапе проектирования переключателя, две контактные площадки, выполненные из проводящего металлического материала, расположенные в выемках плоскостей заземляющих проводников, симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, проводниковые металлические соединения, нанесенные на подложку, которые имеют непосредственное электрическое соединение каждой из двух контактных площадок с соответствующей левой и правой областью электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, что обеспечивает возможность монтажа переключателя в специализированный высокочастотный корпус и его интеграцию в радиоэлектронные устройства, тонкие пассивационные слои, выполненные из диэлектрического материала, нанесенные на поверхность проводниковых металлических соединений, предназначенные для электрической изоляции проводниковых металлических соединений от соответствующих заземляющих проводников высокочастотного копланарного волновода, а именно, электрической развязки постоянного управляющего напряжения от коммутируемого высокочастотного радиосигнала.In order to achieve the required technical result, a suspended movable electrode of an electrostatic drive is introduced into an integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance coefficient, comprising a substrate made of a dielectric material with a high-frequency coplanar waveguide located thereon, made of a conductive metallic material, formed by a central conductor, which is a conductor of a radio signal transmission line, and two grounding conductors located symmetrically with a certain gap on the left and right side relative to the central conductor, made in the form of a plate made of a conductive metallic material, divided into a left and right region of electrostatic activation, which are connected to each other by a jumper made of a conductive metallic material, located with a certain air gap and symmetrically on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, two pairs of suspended elastic suspension elements of a zigzag shape, made from a conductive metallic material, characterized by a low value of the stiffness coefficient, which makes it possible to significantly reduce the value of the constant control voltage, wherein one pair of suspended elastic suspension elements is attached to the left region of electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, and the other pair of suspended elastic suspension elements is attached to the right region of electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, symmetrically on the left and right side of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, two pairs of support-anchor elements of the structure, made of a conductive metallic material, which are located on the left and right grounding conductor of the high-frequency coplanar waveguide relative to the conductor of the radio signal transmission line, to which a corresponding pair of suspended elastic suspension elements of a zigzag shape is attached, the lower fixed electrode of the electrostatic drive, made of a conductive metallic material, divided into a left and right region of electrostatic activation, which are located symmetrically with a gap on the left and the right side relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, and also symmetrically with a certain air gap under the left and right electrostatic activation regions of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers made of a dielectric material that are applied to the surface of the left and right electrostatic activation regions of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, designed to exclude contact over the entire area of the left and right electrostatic activation regions of the suspended movable electrode of the electrostatic drive with the corresponding left and right electrostatic activation regions of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, two flat thin-film variable capacitors with metal-dielectric-metal plates formed by the left and right electrostatic activation regions of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers located on their surface, as well as the left and right electrostatic activation regions of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, through perforation holes in the plate of the suspended movable electrodes of the electrostatic drive, having a round profile of a certain diameter and located with a certain pitch over the entire area of the plate, which makes it possible to reduce the value of the isothermal and thermoelastic damping coefficient, increase the dynamic characteristics of the switch, and also significantly reduce the value of residual thermomechanical stresses arising at the stages of the technological process of manufacturing the switch structure, affecting the value of the mechanical resonant frequency of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, causing various types of mechanical deformations of the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, such as bending, compression, warping, which can also be the cause of a negative change in the mechanical characteristics of the switch, being the cause of incomplete, local movement of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to the lower fixed electrode of the electrostatic drive during electrostatic activation and switching the switch to the closed state, which in turn is the cause of incomplete, local or completely absent contact between the left and right areas of electrostatic activation of the movable electrode electrostatic drive and thin passivation layers located on the surface of the left and right areas of electrostatic activation of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, which leads to a low value of the capacitance of the formed flat thin-film variable capacitors with metal-dielectric-metal plates, as well as to a low value of the capacitance coefficient and a shift in the effective operating frequency range, the central resonant frequency and the electromagnetic characteristics of the switch from those specified during its design, the main control flat thin-film capacitor of constant high capacitance with metal-dielectric-metal plates, which is formed by a thin dielectric layer with high permittivity applied locally with a certain topological configuration to the surface of the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, an additional conductive metal layer applied to its surface, which makes it possible to significantly increase the value of the capacitance coefficient of the switch, as well as to eliminate the design causes of incomplete or local contact between the left and right areas of electrostatic activation of the movable electrode of the electrostatic drive and the thin passivation layers layers located on the surface of the left and right areas of electrostatic activation of the lower fixed electrode of the electrostatic drive during electrostatic activation and switching the switch to the closed state due to the high roughness of the surface of the thin passivation layer, which is a consequence of the imperfection of the manufacturing process or the incorrect selection of the material of the dielectric layer, which leads to a low capacitance value of the formed flat thin-film variable capacitors with metal-dielectric-metal plates, and accordingly to a decrease in the value of the capacitance coefficient and a negative change, deviation of the electromagnetic characteristics of the switch from those specified during its design, in addition, providing the ability to design a switch with a small area of the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, a small thickness of the dielectric layer of the main control capacitor and a small air gap between them, which also makes it possible to increase the electromechanical and reduce the mass and size characteristics of the switch, a difference in the coaxiality of some elements of the switch design is also formed, which consists in the difference in the thicknesses of the layers, namely, the thickness of the layers formed by the left and right the electrostatic activation region of the lower fixed electrode of the electrostatic drive and thin passivation layers on their surface, less than the thickness of the layers formed by the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, a thin dielectric layer with high permittivity and an additional conductive metal layer on its surface, so that in the closed state of the switch, the connecting jumper of the suspended movable electrode of the electrostatic drive fully contacts only the surface of the additional conductive metal layer, eliminating the problem of the emerging phenomenon of adhesion of the left and / or right electrostatic activation region of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to the thin passivation layers during electrostatic activation of the switch, which is caused by the injection of charges onto the surface and into the volume of the thin passivation layer, a third flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates, formed by the connecting jumper of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, an additional conductive metal layer and an air a gap between them, inductive notches in the plane of the grounding conductors and the plane of the central conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, which allows for more detailed adjustment of the effective operating frequency range, as well as the central resonant frequency at the switch design stage, two contact pads made of conductive metallic material located in the notches of the planes of the grounding conductors, symmetrically on the left and right sides relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, conductive metal connections applied to the substrate that have a direct electrical connection of each of the two contact pads with the corresponding left and right electrostatic activation region of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, which makes it possible to mount the switch in a specialized high-frequency housing and integrate it into electronic devices, thin passivation layers made of dielectric material applied to the surface of the conductive metal connections, intended for electrical insulation of the conductive metal connections from the corresponding grounding conductors high-frequency coplanar waveguide, namely, electrical isolation of the constant control voltage from the switched high-frequency radio signal.

Сравнивая предлагаемое устройство с прототипом, видим, что оно содержит новые признаки, то есть соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, приходим к выводу, что предлагаемое устройство соответствует критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки.Comparing the proposed device with the prototype, we see that it contains new features, i.e. it meets the criterion of novelty. Comparing with analogues, we come to the conclusion that the proposed device meets the criterion of "significant differences", since the analogues do not contain the proposed new features.

На фиг. 1 приведена топология предлагаемого интегрального высокочастотного микроэлектромеханического переключателя емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости и показано сечение в двух плоскостях А-А, Б-Б. На фиг. 2 А) и фиг. 2 Б) приведено сечение в плоскостях А-А, Б-Б предлагаемого интегрального высокочастотного микроэлектромеханического переключателя емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости. На фиг. 3 А) и фиг. 3 Б) приведена топология и основные элементы предлагаемого интегрального высокочастотного микроэлектромеханического переключателя емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости. На фиг. 4 А) и фиг. 4 Б) приведено сечение в плоскости Б-Б и принцип работы предлагаемого интегрального высокочастотного микроэлектромеханического переключателя емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости. На фиг. 5 А) и фиг. 5 Б) приведено сечение в плоскости Б-Б и принцип работы торсионного механизма возврата подвешенного подвижного электрода электростатического привода, в случае возникновения явления прилипания областей электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода к тонким пассивационным слоям на поверхности областей электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода. Fig. 1 shows the topology of the proposed integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance factor and shows a section in two planes A-A, B-B. Fig. 2 A) and Fig. 2 B) show a section in planes A-A, B-B of the proposed integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance factor. Fig. 3 A) and Fig. 3 B) show the topology and main elements of the proposed integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance factor. Fig. 4 A) and Fig. 4 B) show a section in plane B-B and the operating principle of the proposed integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance factor. Fig. 5 A) and Fig. 5 B) shows a section in plane B-B and the operating principle of the torsion mechanism for returning the suspended movable electrode of the electrostatic drive, in the event of the phenomenon of adhesion of the electrostatic activation regions of the suspended movable electrode of the electrostatic drive to thin passivation layers on the surface of the electrostatic activation regions of the lower fixed electrode of the electrostatic drive.

Интегральный высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости (фиг. 1, фиг. 2 А), фиг. 2 Б), фиг. 3 А), фиг. 3 Б)) содержит подложку 1, выполненную из диэлектрического материала, с расположенными на ней центральным проводником, представляющим собой проводник линии передачи радиосигнала 2, и двумя заземляющими проводниками 3, 4, расположенными симметрично с некоторым зазором по левую и правую сторону относительного центрального проводника линии передачи радиосигнала 2, выполненные из проводящего металлического материала, образующие высокочастотный копланарный волновод 5, подвешенный подвижный электрод электростатического привода 6, выполненный в виде пластины из проводящего металлического материала, разделенный на левую и правую область электростатической активации 7, 8, которые расположены с некоторым воздушным зазором и симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, соединенные между собой перемычкой 9, выполненной из проводящего металлического материала, две пары подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы 10, 11, выполненные из проводящего металлического материала, при этом одна пара подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы 10 крепиться к левой области электростатической активации 7 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, а другая пара подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы крепиться к правой области электростатической активации 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, симметрично по левую и правую сторону подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, две пары опорно-якорных элементов конструкции 12, 13, выполненные из проводящего металлического материала, которые расположены на левом и правом заземляющем проводнике 3, 4 высокочастотного копланарного волновода 5 относительно проводника линии передачи радиосигнала 2, к которым крепится соответствующая пара подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы 10, 11, нижний неподвижный электрод электростатического привода 14, выполненный из проводящего металлического материала, разделенный на левую и правой область электростатической активации 15, 16, которые расположены симметрично с зазором по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, а также симметрично с некоторым воздушным зазором 17, 18 под левой и правой областью электростатической активации 7, 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, тонкие пассивационные слои 19, 20, выполненные из диэлектрического материала, которые нанесены на поверхность левой и правой области электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14, два плоских тонкопленочных конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл 21, 22, образованные левой и правой областью электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14, тонкими пассивационными слоями 19, 20, расположенные на их поверхности, а также левой и правой областью электростатической активации 7, 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, сквозные перфорационные отверстия 23 в пластине подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, имеющие круглый профиль определенного диаметра и расположенные с определенным шагом по всей площади пластины, основной управляющий плоский тонкопленочный конденсатор постоянной высокой емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл 24, который образован нанесенным локально с определенной топологической конфигурацией тонким диэлектрическим слоем с высокой диэлектрической проницаемостью 25 на поверхность проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, нанесенным на его поверхность дополнительным проводящим металлическим слоем 26, третий плоский тонкопленочный конденсатор переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл 27, образованный соединительной перемычкой 9 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, дополнительным проводящим металлическим слоем 26 и воздушным зазором 28 между ними, индуктивные выемки 29, 30, 31, 32 в плоскости заземляющих проводников 3, 4 и плоскости центрального проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, две контактные площадки 33, 34, выполненные из проводящего металлического материала, расположенные в выемках плоскости заземляющих проводников 3, 4, симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, проводниковые металлические соединения 35, 36, нанесенные на подложку 1, которые имеют непосредственное электрическое соединение с каждой из двух контактных площадок 33, 34 с соответствующей левой и правой областью электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14, тонкие пассивационные слои 37, 38, выполненные из диэлектрического материала, нанесенные на поверхность проводникового металлического соединения 35, 36, предназначенные для электрической изоляции проводниковых металлических соединений 35, 36 от соответствующих заземляющих проводников 3, 4 высокочастотного копланарного волновода 5, а именно, электрической развязки постоянного управляющего напряжения от коммутируемого высокочастотного радиосигнала.Integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance coefficient (Fig. 1, Fig. 2 A), Fig. 2 B), Fig. 3 A), Fig. 3 B)) comprises a substrate 1 made of a dielectric material with a central conductor located thereon, which is a conductor of a radio signal transmission line 2, and two grounding conductors 3, 4, located symmetrically with a certain gap on the left and right side relative to the central conductor of the radio signal transmission line 2, made of a conductive metallic material, forming a high-frequency coplanar waveguide 5, a suspended movable electrode of an electrostatic drive 6, made in the form of a plate made of a conductive metallic material, divided into a left and right region of electrostatic activation 7, 8, which are located with a certain air gap and symmetrically on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, connected to each other by a jumper 9, made of a conductive metallic material, two pairs of suspended elastic suspension elements of a zigzag shape 10, 11, made of a conductive metallic material, wherein one pair of suspended elastic suspension elements of zigzag shape 10 is attached to the left electrostatic activation region 7 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, and the other pair of suspended elastic suspension elements of zigzag shape is attached to the right electrostatic activation region 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, symmetrically on the left and right side of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, two pairs of support-anchor structural elements 12, 13, made of a conductive metallic material, which are located on the left and right grounding conductor 3, 4 of the high-frequency coplanar waveguide 5 relative to the conductor of the radio signal transmission line 2, to which the corresponding pair of suspended elastic suspension elements of zigzag shape 10, 11, the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14 are attached, made of a conductive metallic material, divided into a left and right electrostatic activation region 15, 16, which are located symmetrically with a gap on the left and right sides relative to the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, and also symmetrically with a certain air gap 17, 18 under the left and right electrostatic activation region 7, 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, thin passivation layers 19, 20, made of a dielectric material, which are applied to the surface of the left and right electrostatic activation region 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, two flat thin-film variable capacitors with metal-dielectric-metal plates 21, 22, formed by the left and right electrostatic activation region 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, thin passivation layers 19, 20, located on their surface, as well as the left and right areas of electrostatic activation 7, 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, through perforation holes 23 in the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, having a round profile of a certain diameter and located with a certain step over the entire area of the plate, the main control flat thin-film capacitor of constant high capacitance with metal-dielectric-metal plates 24, which is formed by a thin dielectric layer with high permittivity 25 applied locally with a certain topological configuration onto the surface of the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, an additional conductive metal layer 26 applied to its surface, a third flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates 27, formed by a connecting jumper 9 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, an additional conductive metal layer 26 and an air gap 28 between them, inductive recesses 29, 30, 31, 32 in the plane of the grounding conductors 3, 4 and the plane of the central conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, two contact pads 33, 34 made of a conductive metallic material, located in the recesses of the plane of the grounding conductors 3, 4, symmetrically on the left and right sides relative to the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, conductive metallic connections 35, 36 applied to the substrate 1, which have a direct electrical connection with each of the two contact pads 33, 34 with the corresponding left and right electrostatic activation region 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, thin passivation layers 37, 38 made of a dielectric material, applied to the surface of the conductive metal connection 35, 36, intended for electrical insulation of the conductive metal connections 35, 36 from the corresponding grounding conductors 3, 4 of the high-frequency coplanar waveguide 5, namely, electrical isolation of the direct control voltage from the switched high-frequency radio signal.

Предлагаемое изобретение не ограничено лишь интегральным высокочастотным микроэлектромеханическим переключателем емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости с контактами металл-диэлектрик-металл, оно может быть использовано для создания омических интегральных высокочастотных микроэлектромеханических переключателей с резистивным принципом коммутации с контактами металл-металл. В интегральных высокочастотных микроэлектромеханических переключателях с резистивным контактом согласно предлагаемому изобретению отсутствует тонкий диэлектрический слой с высокой диэлектрической проницаемостью 25, нанесенный локально с определенной топологической конфигурацией на поверхность проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, а также дополнительный металлический слой 26, нанесенный на поверхность тонкого диэлектрического слоя с высокой диэлектрической проницаемостью 26, при этом в проводнике линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5 сформирован разрыв, образующий две отстоящие друг от друга части проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, выполненные из проводящего металлического материала, так что при отсутствии постоянного управляющего напряжения переключатель находится в закрытом состоянии и высокочастотный радиосигнал не передается с входа на выход проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, соединительная перемычка 9 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, выполненная в виде пластины из проводящего металлического материала, предназначена для создания в закрытом состоянии переключателя при его электростатической активации замыкания или непосредственного электрического соединения между двумя отстоящими друг от друга частями проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, переводя переключатель в открытое состояние, что в таком случае позволяет высокочастотному радиосигналу передаваться с входа на выход проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5.The proposed invention is not limited to an integrated high-frequency microelectromechanical switch with a capacitive switching principle and a high capacitance coefficient with metal-dielectric-metal contacts; it can be used to create ohmic integrated high-frequency microelectromechanical switches with a resistive switching principle with metal-metal contacts. In the integrated high-frequency microelectromechanical switches with a resistive contact according to the proposed invention, there is no thin dielectric layer with high permittivity 25 applied locally with a certain topological configuration to the surface of the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, as well as an additional metal layer 26 applied to the surface of the thin dielectric layer with high permittivity 26, wherein a gap is formed in the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, forming two parts of the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5 spaced apart from each other, made of a conductive metal material, so that in the absence of a constant control voltage, the switch is in the closed state and the high-frequency radio signal is not transmitted from the input to the output of the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, the connecting jumper 9 of the suspended movable electrode of electrostatic drive 6, made in the form of a plate of conductive metallic material, is intended to create in the closed state of the switch during its electrostatic activation a closure or direct electrical connection between two parts of the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5 spaced apart from each other, transferring the switch to the open state, which in this case allows the high-frequency radio signal to be transmitted from the input to the output of the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5.

Работает устройство следующим образом.The device works as follows.

Интегральный высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости работает как цифровой перестраиваемый конденсатор с двумя устойчивыми состояниями, при этом разность потенциалов постоянного управляющего напряжения (фиг. 4 А)), приложена к контактным площадкам 33, 34 и одной из двух пар опорно-якорных элементов конструкции 12, 13, так что положительный потенциал постоянного управляющего напряжения прикладывается к контактным площадкам 33, 34, расположенным в выемках плоскости заземляющих проводников 3, 4 симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, имеющие непосредственное проводниковое металлическое соединение 35, 36 с левой и правой областью электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14 по левой и правой стороне относительно проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, а отрицательный потенциал постоянного управляющего напряжения прикладывается к одной из двух пар опорно-якорных элементов конструкции 12, 13, которые расположены на левом и правом заземляющем проводнике 3, 4 высокочастотного копланарного волновода 5 относительно проводника линии передачи радиосигнала 2, что приводит к электростатической активации и возникновению силы электростатического взаимодействиями между левой и правой областью электростатической активации 7, 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6 и левой и правой областью электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14 соответственно, при этом возникшая сила электростатического взаимодействия уравновешивается механической силой упругости, которая зависит от величины результирующего коэффициента жесткости двух пар подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы 10, 11, к тому же баланс сил электростатического притяжения и механической силы упругости действует до тех пор, пока механическая сила упругости, являющаяся линейной функцией, может компенсировать рост величины силы электростатического притяжения, которая изменяется по квадратичному закону, что приводит к тому, что в некоторый момент времени рост величины механической силы упругости не может компенсировать и уравновесить рост величины силы электростатического притяжения, вызывая перемещение левой и правой области электростатической активации 7, 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6 в вертикальной плоскости, в результате чего каждая из составных частей 7, 8, 9 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6 перемещается в нижнее фиксированное положение, что приводит к росту величины емкости плоских тонкопленочных конденсаторов переменной емкости 21, 22, 27 с обкладками металл-диэлектрик-металл, а также росту величины коэффициента емкости и результирующей величины емкости переключателя, включающую величину емкости основного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора постоянной высокой емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл 24, в результате чего высокая величина емкости, описанных конденсаторных структур, препятствует прохождению высокочастотного радиосигнала с входа на выход проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5. Данное состояние переключателя считается закрытым.The integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance coefficient operates as a digital tunable capacitor with two stable states, wherein the potential difference of the constant control voltage (Fig. 4 A)) is applied to the contact pads 33, 34 and one of the two pairs of support-anchor structural elements 12, 13, so that the positive potential of the constant control voltage is applied to the contact pads 33, 34 located in the recesses of the plane of the grounding conductors 3, 4 symmetrically on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, having a direct conductive metal connection 35, 36 with the left and right region of electrostatic activation 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14 on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, and the negative potential of the constant control voltage is applied to one of the two pairs of support-anchor elements of the structure 12, 13, which are located on the left and right grounding conductor 3, 4 of the high-frequency coplanar waveguide 5 relative to the conductor of the radio signal transmission line 2, which leads to electrostatic activation and the emergence of a force of electrostatic interactions between the left and right electrostatic activation region 7, 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6 and the left and right electrostatic activation region 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, respectively, wherein the resulting force of electrostatic interaction is balanced by a mechanical elastic force, which depends on the value of the resulting stiffness coefficient of the two pairs of suspended elastic elements of the zigzag-shaped suspension 10, 11, in addition, the balance of the forces of electrostatic attraction and the mechanical elastic force acts as long as the mechanical elastic force, which is a linear function, can to compensate for the growth of the magnitude of the electrostatic attraction force, which changes according to a quadratic law, which leads to the fact that at a certain point in time the growth of the magnitude of the mechanical elastic force cannot compensate for and balance the growth of the magnitude of the electrostatic attraction force, causing the movement of the left and right electrostatic activation region 7, 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6 in the vertical plane, as a result of which each of the component parts 7, 8, 9 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6 moves to the lower fixed position, which leads to an increase in the capacitance value of the flat thin-film capacitors of variable capacitance 21, 22, 27 with metal-dielectric-metal plates, as well as an increase in the value of the capacitance coefficient and the resulting value of the switch capacitance, including the value of the capacitance of the main control flat thin-film capacitor of constant high capacitance with metal-dielectric-metal plates 24, as a result of which the high value of the capacitance of the described capacitor structures prevents the passage of a high-frequency radio signal from the input to the output of the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5. This state of the switch is considered closed.

При этом за счет нанесения дополнительного проводящего металлического слоя 26 на поверхность тонкого диэлектрического слоя с высокой диэлектрической проницаемостью 25 достигается разность в соосности некоторых элементов конструкции переключателя, заключающаяся в разнице толщин слоев, а именно, толщина слоев, образованная левой и правой областью электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14, тонкими пассивационными слоями 19, 20 на их поверхности, меньше, чем толщина слоев, образованная проводником линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, тонким диэлектрическим слоем с высокой диэлектрической проницаемостью 25 и дополнительный проводящий металлическим слой 26 на его поверхности, так что в закрытом состоянии переключателя соединительная перемычка 9 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6 в полной мере контактирует лишь с поверхностью дополнительного проводящего металлического слоя 26, исключая проблему возникающего явления прилипания левой и/или правой области электростатической активации 7, 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6 к тонким пассивационным слоям 19, 20 при электростатической активации переключателя, что вызвано инжекцией зарядов на поверхность и в объем тонких пассивационных слоев 19, 20, что также позволяет существенно повысить надежность и отказоустойчивость высокочастотных микроэлектромеханических переключателей с емкостным типом контакта.In this case, by applying an additional conductive metal layer 26 to the surface of a thin dielectric layer with high permittivity 25, a difference in the coaxiality of some elements of the switch structure is achieved, consisting in a difference in the thicknesses of the layers, namely, the thickness of the layers formed by the left and right electrostatic activation region 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, thin passivation layers 19, 20 on their surface, is less than the thickness of the layers formed by the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, a thin dielectric layer with high permittivity 25 and an additional conductive metal layer 26 on its surface, so that in the closed state of the switch, the connecting jumper 9 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6 is in full contact only with the surface of the additional conductive metal layer 26, eliminating the problem of the emerging phenomenon of adhesion of the left and / or right region electrostatic activation 7, 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6 to the thin passivation layers 19, 20 during electrostatic activation of the switch, which is caused by the injection of charges onto the surface and into the volume of the thin passivation layers 19, 20, which also makes it possible to significantly increase the reliability and fault tolerance of high-frequency microelectromechanical switches with a capacitive contact type.

В случае отключения подаваемого постоянного управляющего напряжения, а именно, разности потенциалов (фиг. 4 Б)), приложенной к контактным площадкам 33, 34 одной из двух пар опорно-якорных элементов конструкции 12, 13, так что положительный потенциал постоянного управляющего напряжения прикладывается к контактным площадкам 33, 34, расположенным в выемках плоскости заземляющих проводников 3, 4 симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, имеющие непосредственное проводниковое металлическое соединение 35, 36 с левой и правой областью электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14 по левой и правой стороне относительно проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, а отрицательный потенциал постоянного управляющего напряжения прикладывается к одной из двух пар опорно-якорных элементов конструкции 12, 13, которые расположены на левом и правом заземляющем проводнике 3, 4 высокочастотного копланарного волновода 5 относительно проводника линии передачи радиосигнала 2, приводящее к тому, что подвешенный подвижный электрод электростатического привода 6, а именно, левая и правая область электростатической активации 7, 8, соединительная перемычка 9, возвращаются в исходное (нейтральное) положение за счет действия механической силы упругости двух пар подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы 10, 11. Данное состояние переключателя считается открытым.In the event of disconnection of the supplied constant control voltage, namely, the potential difference (Fig. 4 B)), applied to the contact pads 33, 34 of one of the two pairs of support-anchor elements of the structure 12, 13, so that the positive potential of the constant control voltage is applied to the contact pads 33, 34 located in the recesses of the plane of the grounding conductors 3, 4 symmetrically on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, having a direct conductive metal connection 35, 36 with the left and right region of electrostatic activation 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14 on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, and the negative potential of the constant control voltage is applied to one of the two pairs of support-anchor elements of the structure 12, 13, which are located on the left and right grounding conductor 3, 4 of the high-frequency coplanar waveguide 5 relative to the conductor of the radio signal transmission line 2, resulting in the fact that the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, namely, the left and right region of electrostatic activation 7, 8, the connecting jumper 9, return to the initial (neutral) position due to the action of the mechanical force of elasticity of two pairs of suspended elastic suspension elements of a zigzag shape 10, 11. This state of the switch is considered open.

Подстройка заданной рабочей полосы частот (фиг. 3 А), фиг. 3 Б)), центральной резонансной частоты и основных электромагнитных характеристик в предлагаемом интегральном высокочастотном микроэлектромеханическом переключателе емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости возможна за счет различных конфигураций индуктивных выемок 29, 30 в плоскости заземляющих проводников 3, 4 высокочастотного копланарного волновода 5, а также индуктивных выемок 31, 32 в плоскости проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, а также за счет различных топологический конфигураций основного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора постоянной высокой емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл 24 на этапах проектирования переключателя, при этом использование в качестве материала тонкого диэлектрического слоя с высокой диэлектрической проницаемостью 25 диэлектрических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью позволяет проектировать переключатель с крайне малыми массогабаритными характеристиками при малой площади пластины подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, малой толщине тонкого диэлектрического слоя с высокой диэлектрической проницаемостью 26 и малой величине воздушного зазора 17, 18, 28 между левой и правой областью электростатической активации 7, 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6 и тонкими пассивационными слоями 19, 20, нанесенными на поверхность левой и правой области электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14, а также между соединительной перемычка 9 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6 и дополнительным проводящим металлическим слоем 26, что также позволяет повысить электромеханические характеристики переключателя.Adjustment of the specified operating frequency band (Fig. 3 A), Fig. 3 B)), the central resonant frequency and the main electromagnetic characteristics in the proposed integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance coefficient is possible due to various configurations of inductive notches 29, 30 in the plane of the grounding conductors 3, 4 of the high-frequency coplanar waveguide 5, as well as inductive notches 31, 32 in the plane of the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, as well as due to various topological configurations of the main control flat thin-film capacitor of constant high capacitance with metal-dielectric-metal plates 24 at the design stages of the switch, while the use of a thin dielectric layer with high permittivity 25 dielectric materials with high permittivity as a material makes it possible to design a switch with extremely small mass and size characteristics with a small area of the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, a small thickness of a thin dielectric layer with high dielectric constant 26 and a small value of the air gap 17, 18, 28 between the left and right electrostatic activation region 7, 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6 and the thin passivation layers 19, 20 applied to the surface of the left and right electrostatic activation region 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, as well as between the connecting jumper 9 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6 and the additional conductive metal layer 26, which also makes it possible to increase the electromechanical characteristics of the switch.

Использование нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14, состоящего из двух разделенных левой и правой области электростатической активации 15, 16, расположенных симметрично с зазором по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, а также симметрично с некоторым воздушным зазором 17, 18 под левой и правой областью электростатической активации 7, 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, позволяет реализовать дополнительный, работающий на изгиб, торсионный механизм возврата подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, в случае возникновения явления прилипания подвижного электрода электростатического привода 6, а именно, левой или правой области электростатической активации 7, 8 к тонким пассивационным слоям 19, 20, нанесенным на поверхность левой и правой области электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14, путем попеременной подачи постоянного управляющего напряжения на левую и правую область электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14, так что, подаваемое постоянное управляющее напряжение на левую область электростатической активации 15 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14 (фиг. 5 А)) приводит к электростатическому притяжению левой области электростатической активации 7 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, вызывая рост величины механической силы упругости и величины механических напряжений в правой области электростатической активации 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, позволяя осуществить освобождение правой области 8 электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, и наоборот, подаваемое постоянное управляющее напряжение на правую область электростатической активации 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14 (фиг. 5 Б)) приводит к электростатическому притяжению правой области электростатической активации 8 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, вызывая рост величины механической силы упругости и величины механических напряжений в левой области электростатической активации 7 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, позволяя осуществить освобождение левой области электростатической активации 7 подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6, что позволяет повысить надежность и отказоустойчивость переключателя.The use of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, consisting of two separated left and right electrostatic activation regions 15, 16, located symmetrically with a gap on the left and right sides relative to the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, and also symmetrically with a certain air gap 17, 18 under the left and right electrostatic activation regions 7, 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, makes it possible to implement an additional bending torsion mechanism for returning the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, in the event of the phenomenon of adhesion of the movable electrode of the electrostatic drive 6, namely, the left or right electrostatic activation region 7, 8 to the thin passivation layers 19, 20 applied to the surface of the left and right electrostatic activation region 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, by alternately supplying a constant control voltage to the left and right electrostatic activation region 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, so that the constant control voltage supplied to the left electrostatic activation region 15 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14 (Fig. 5 A)) leads to electrostatic attraction of the left region of electrostatic activation 7 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, causing an increase in the magnitude of the mechanical elastic force and the magnitude of mechanical stresses in the right region of electrostatic activation 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, allowing the release of the right region 8 of electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, and vice versa, the supplied constant control voltage to the right region of electrostatic activation 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14 (Fig. 5 B)) leads to electrostatic attraction of the right region of electrostatic activation 8 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, causing an increase in the magnitude of the mechanical elastic force and the magnitude of mechanical stresses in the left region of electrostatic activation 7 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, allowing the release of the left region of electrostatic activation 7 of the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6, which allows increasing the reliability and switch fault tolerance.

В закрытом состоянии высокочастотного микроэлектромеханического переключателя емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости не существует опасности взаимодействия между электростатическими силами, используемыми для перемещения подвешенного подвижного электрода электростатического привода 6 в вертикальной плоскости в определённое положение и высокочастотным радиосигналом, передаваемым по проводнику линии передача радиосигнала 2 копланарного волновода 5, благодаря использованию тонких пассивационных слоев 37, 38, выполненных из диэлектрического материала, нанесенных на поверхность проводникового металлического соединения 35, 36, имеющие непосредственный электрический контакт между каждой из двух контактных площадок 33, 34, в выемках плоскостей заземляющих проводников 3, 4 симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5, а также с левой и правой областью электростатической активации 15, 16 нижнего неподвижного электрода электростатического привода 14, предназначенные для электрической изоляции проводниковых металлических соединений 35, 36 от соответствующих заземляющих проводников 3, 4 высокочастотного копланарного волновода 5, а именно, электрической развязки постоянного управляющего напряжения от коммутируемого высокочастотного радиосигнала.In the closed state of the high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance coefficient, there is no danger of interaction between the electrostatic forces used to move the suspended movable electrode of the electrostatic drive 6 in the vertical plane to a certain position and the high-frequency radio signal transmitted along the conductor of the radio signal transmission line 2 of the coplanar waveguide 5, due to the use of thin passivation layers 37, 38 made of a dielectric material applied to the surface of the conductive metal connection 35, 36, having direct electrical contact between each of the two contact pads 33, 34, in the recesses of the planes of the grounding conductors 3, 4 symmetrically on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5, as well as with the left and right region of electrostatic activation 15, 16 of the lower fixed electrode of the electrostatic drive 14, intended for electrical isolation of conductive metal connections 35, 36 from corresponding grounding conductors 3, 4 of high-frequency coplanar waveguide 5, namely, electrical isolation of direct control voltage from switched high-frequency radio signal.

Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости и электростатическим механизмом активации, позволяющее замыкать или размыкать электрическую цепь в проводнике линии передачи радиосигнала 2 высокочастотного копланарного волновода 5 при коммутации высокочастотных радиосигналов в области S-диапазона частот, а именно, в диапазоне частот от 2 ГГц до 4 ГГц с центральной резонансной частотой 3,6 ГГц.Thus, the proposed device is a high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance coefficient and an electrostatic activation mechanism, which makes it possible to close or open an electric circuit in the conductor of the radio signal transmission line 2 of the high-frequency coplanar waveguide 5 when switching high-frequency radio signals in the S-band region, namely, in the frequency range from 2 GHz to 4 GHz with a central resonant frequency of 3.6 GHz.

Введение подвешенного подвижного электрода электростатического привода, выполненного в виде пластины из проводящего металлического материала, разделенного на левую и правую область электростатической активации, которые соединены между собой перемычкой, выполненной из проводящего металлического материала, расположенного с некоторым воздушным зазором и симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, двух пар подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы, выполненных из проводящего металлического материала, таким образом, что одна пара подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы крепиться к левой области электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, а другая пара подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы крепиться к правой области электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, симметрично по левую и правую сторону подвешенного подвижного электрода электростатического привода, двух пар опорно-якорных элементов конструкции, выполненных из проводящего металлического материала, которые расположены на левом и правом заземляющем проводнике высокочастотного копланарного волновода относительно проводника линии передачи радиосигнала, к которым крепится соответствующая пара подвешенных упругих элементов подвеса, нижнего неподвижного электрода электростатического привода, выполненного из проводящего металлического материала, разделенного на левую и правую область электростатической активации, которые расположены симметрично с зазором по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, а также симметрично с некоторым воздушным зазором под левой и правой областью электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, тонких пассивационных слоев, выполненных из диэлектрического материала, которые нанесены на поверхность левой и правой области электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, двух плоских тонкопленочных конденсаторов переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, образованных левой и правой областью электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, тонкими пассивационными слоями, расположенными на их поверхности, а также левой и правой областью электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, сквозных перфорационных отверстий в пластине подвешенного подвижного электрода электростатического привода, имеющих круглый профиль определенного диаметра и расположенных с определенным шагом по всей площади пластины, основного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора постоянной высокой емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, который образован нанесенным локально с определенной топологической конфигурацией тонким диэлектрическим слоем с высокой диэлектрической проницаемостью на поверхности проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, а также нанесенным на его поверхность дополнительным проводящим металлическим слоем, третьего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, образованного соединительной перемычкой подвешенного подвижного электрода электростатического привода, дополнительным проводящим металлическим слоем и воздушным зазором между ними, индуктивных выемок в плоскости заземляющих проводников и плоскости центрального проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, двух контактных площадок, выполненных из проводящего металлического материала, расположенных в выемках плоскости заземляющих проводников, симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, проводниковых металлических соединений, нанесенных на подложку, которые имеют непосредственное электрическое соединение каждой из двух контактных площадок с соответствующей левой и правой областью электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, тонких пассивационных слоев, выполненных из диэлектрического материала, нанесенных на поверхность проводникового металлического соединения, предназначенные для электрической изоляции проводниковых металлических соединений от соответствующих заземляющих проводников высокочастотного копланарного волновода, а именно, электрической развязки постоянного управляющего напряжения от коммутируемого высокочастотного радиосигнала, позволяет коммутировать высокочастотные радиосигналы по проводнику линии передачи радиосигналов высокочастотного копланарного волновода с высокой добротностью и линейностью, высоким коэффициентом качества конструкции переключателя, высоким коэффициентом емкости, низкими потерями в открытом состоянии, высокой изоляцией и малым вносимым контактным сопротивлением в закрытом состоянии переключателя в заданной полосе частот и на заданной центральной резонансной частоте, при низкой величиной постоянного управляющего напряжения и высоких динамических характеристиках, а именно, малом времени перехода переключателя из открытого состояния в закрытое состояние и наоборот, сводя к минимуму недостатки и проблемы надежности, присущие высокочастотным микроэлектромеханическим переключателям с емкостным принципом коммутации.Introduction of a suspended movable electrode of an electrostatic drive, made in the form of a plate made of a conductive metallic material, divided into a left and a right region of electrostatic activation, which are connected to each other by a jumper made of a conductive metallic material, located with a certain air gap and symmetrically on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line of a high-frequency coplanar waveguide, two pairs of suspended elastic suspension elements of a zigzag shape, made of a conductive metallic material, in such a way that one pair of suspended elastic suspension elements of a zigzag shape is attached to the left region of electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, and the other pair of suspended elastic suspension elements of a zigzag shape is attached to the right region of electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, symmetrically on the left and right side of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, two pairs support and anchor elements of the structure made of a conductive metallic material, which are located on the left and right grounding conductor of the high-frequency coplanar waveguide relative to the conductor of the radio signal transmission line, to which a corresponding pair of suspended elastic suspension elements is attached, a lower fixed electrode of the electrostatic drive made of a conductive metallic material, divided into a left and right electrostatic activation region, which are located symmetrically with a gap on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, as well as symmetrically with a certain air gap under the left and right electrostatic activation region of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers made of a dielectric material, which are applied to the surface of the left and right electrostatic activation region of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, two flat thin-film variable capacitors with metal-dielectric-metal plates formed by the left and right electrostatic activation region the lower fixed electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers located on their surface, as well as the left and right areas of electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, through perforation holes in the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, having a round profile of a certain diameter and located with a certain pitch over the entire area of the plate, the main control flat thin-film capacitor of constant high capacitance with metal-dielectric-metal plates, which is formed by a thin dielectric layer with high permittivity applied locally with a certain topological configuration on the surface of the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, as well as an additional conductive metal layer applied to its surface, the third flat thin-film capacitor of variable capacitance with metal-dielectric-metal plates, formed by a connecting jumper of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, an additional conductive metal layer and an air gap between them, inductive recesses in the plane of the grounding conductors and the plane of the central conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, two contact pads made of a conductive metallic material located in the recesses of the plane of the grounding conductors, symmetrically on the left and right sides relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, conductive metallic connections applied to the substrate that have a direct electrical connection of each of the two contact pads with the corresponding left and right electrostatic activation region of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers made of a dielectric material applied to the surface of the conductive metallic connection, intended for electrical insulation of the conductive metallic connections from the corresponding grounding conductors of the high-frequency coplanar waveguide, namely, electrical decoupling of the constant control voltage from the switched high-frequency radio signal, allows switching high-frequency radio signals along the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide with high quality factor and linearity, high quality factor of the switch design, high capacitance factor, low losses in the on-state, high insulation and low insertion contact resistance in the off-state of the switch in a given frequency band and at a given central resonant frequency, with a low value of direct control voltage and high dynamic characteristics, namely, a short transition time of the switch from the on-state to the off-state and vice versa, minimizing the disadvantages and reliability problems inherent in high-frequency microelectromechanical switches with a capacitive switching principle.

Таким образом, по сравнению с аналогичными устройствами, предлагаемый высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким коэффициентом емкости позволяет коммутировать высокочастотные радиосигналы по проводнику линии передачи радиосигналов высокочастотного копланарного волновода с высокой добротностью и линейностью, высоким коэффициентом качества конструкции переключателя, высоким коэффициентом емкости, низкими потерями в открытом состоянии, высокой изоляцией и малым вносимым контактным сопротивлением в закрытом состоянии переключателя в заданной полосе частот и на заданной центральной резонансной частоте, при низкой величиной постоянного управляющего напряжения и высоких динамических характеристиках, а именно малом времени перехода переключателя из открытого состояния в закрытое состояние и наоборот, сводя к минимуму недостатки и проблемы надежности, присущие высокочастотным микроэлектромеханическим переключателям с емкостным принципом коммутации, благодаря использованию подвешенного подвижного электрода электростатического привода, выполненного в виде пластины из проводящего металлического материала, разделенного на левую и правую область электростатической активации, которые соединены между собой перемычкой, выполненной из проводящего металлического материала, расположенного с некоторым воздушным зазором и симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, двух пар подвешенных упругих элементов подвеса зигзагообразной формы, выполненных из проводящего металлического материала, таким образом, что одна пара подвешенных упругих элементов подвеса крепиться к левой области электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, а другая пара подвешенных упругих элементов подвеса крепиться к правой области электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, симметрично по левую и правую сторону подвешенного подвижного электрода электростатического привода, двух пар опорно-якорных элементов конструкции, выполненных из проводящего металлического материала, которые расположены на левом и правом заземляющем проводнике высокочастотного копланарного волновода относительно проводника линии передачи радиосигнала, к которым крепится соответствующая пара подвешенных упругих элементов подвеса, нижнего неподвижного электрода электростатического привода, выполненного из проводящего металлического материала, разделенного на левую и правую область электростатической активации, которые расположены симметрично с зазором по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, а также симметрично с некоторым воздушным зазором под левой и правой областью электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, тонких пассивационных слоев, выполненных из диэлектрического материала, которые нанесены на поверхность левой и правой области электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, двух плоских тонкопленочных конденсаторов переменной емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, образованных левой и правой областью электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, тонкими пассивационными слоями, расположенными на их поверхности, а также левой и правой областью электростатической активации подвешенного подвижного электрода электростатического привода, сквозных перфорационных отверстий в пластине подвешенного подвижного электрода электростатического привода, имеющие круглый профиль определенного диаметра и расположенных с определенным шагом по всей площади пластины, основного управляющего плоского тонкопленочного конденсатора постоянной высокой емкости с обкладками металл-диэлектрик-металл, который образован нанесенным локально с определенной топологической конфигурацией тонким диэлектрическим слоем с высокой диэлектрической проницаемостью на поверхности проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, а также нанесенным на его поверхность дополнительным проводящим металлическим слоем, третьего плоского тонкопленочного конденсатора переменной емкости с обкладками
металл-диэлектрик-металл, образованного соединительной перемычкой подвешенного подвижного электрода электростатического привода, дополнительным проводящим металлическим слоем и воздушным зазором между ними, индуктивных выемок в плоскости заземляющих проводников и плоскости центрального проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, двух контактных площадок, выполненных из проводящего металлического материала, расположенных в выемках плоскости заземляющих проводников, симметрично по левую и правую сторону относительно проводника линии передачи радиосигнала высокочастотного копланарного волновода, проводниковых металлических соединений, нанесенных на подложку, которые имеют непосредственное электрическое соединение каждой из двух контактных площадок с соответствующей левой и правой областью электростатической активации нижнего неподвижного электрода электростатического привода, тонких пассивационных слоев, выполненных из диэлектрического материала, нанесенных на поверхность проводникового металлического соединения, предназначенные для электрической изоляции проводниковых металлических соединений от соответствующих заземляющих проводников высокочастотного копланарного волновода, а именно, электрической развязки постоянного управляющего напряжения от коммутируемого высокочастотного радиосигнала.Thus, in comparison with similar devices, the proposed high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance factor makes it possible to switch high-frequency radio signals along the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide with a high quality factor and linearity, a high quality factor of the switch design, a high capacitance factor, low losses in the open state, high insulation and low insertion contact resistance in the closed state of the switch in a given frequency band and at a given central resonant frequency, with a low value of the constant control voltage and high dynamic characteristics, namely a short transition time of the switch from the open state to the closed state and vice versa, minimizing the disadvantages and reliability problems inherent in high-frequency microelectromechanical switches with the capacitive switching principle, due to the use of a suspended movable electrode of the electrostatic drive, made in the form of a plate of conductive metal material, divided into the left and right areas of the electrostatic activation, which are connected to each other by a jumper made of a conductive metallic material located with a certain air gap and symmetrically on the left and right side relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, two pairs of suspended elastic suspension elements of a zigzag shape, made of a conductive metallic material, in such a way that one pair of suspended elastic suspension elements is attached to the left region of electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, and the other pair of suspended elastic suspension elements is attached to the right region of electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, symmetrically on the left and right side of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, two pairs of support-anchor structural elements made of a conductive metallic material, which are located on the left and right grounding conductor of the high-frequency coplanar waveguide relative to the conductor of the radio signal transmission line, to which the corresponding pair is attached suspended elastic suspension elements, a lower fixed electrode of the electrostatic drive made of a conductive metallic material divided into a left and right electrostatic activation region which are located symmetrically with a gap on the left and right sides relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, as well as symmetrically with a certain air gap under the left and right electrostatic activation region of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers made of a dielectric material which are applied to the surface of the left and right electrostatic activation region of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, two flat thin-film variable capacitors with metal-dielectric-metal plates formed by the left and right electrostatic activation region of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers located on their surface, as well as the left and right electrostatic activation region of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, through perforation holes in plate of a suspended movable electrode of an electrostatic drive, having a round profile of a certain diameter and located at a certain pitch over the entire area of the plate, the main control flat thin-film capacitor of constant high capacitance with metal-dielectric-metal plates, which is formed by a thin dielectric layer with high permittivity applied locally with a certain topological configuration on the surface of the conductor of the radio signal transmission line of a high-frequency coplanar waveguide, as well as an additional conductive metal layer applied to its surface, a third flat thin-film capacitor of variable capacitance with plates
metal-dielectric-metal formed by a connecting jumper of a suspended movable electrode of an electrostatic drive, an additional conductive metal layer and an air gap between them, inductive recesses in the plane of the grounding conductors and the plane of the central conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, two contact pads made of a conductive metal material located in the recesses of the plane of the grounding conductors, symmetrically on the left and right sides relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, conductive metal connections applied to the substrate that have a direct electrical connection of each of the two contact pads with the corresponding left and right electrostatic activation region of the lower fixed electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers made of a dielectric material applied to the surface of the conductive metal connection, intended for electrical insulation of the conductive metal connections from the corresponding grounding conductors of the high-frequency coplanar waveguide, namely, electrical isolation of the direct control voltage from the switched high-frequency radio signal.

В представленной топологической конфигурации предлагаемый высокочастотный микроэлектромеханический переключатель емкостного принципа коммутации с высоким позволяет коммутировать высокочастотные радиосигналы с эффективным диапазоном частот в области S-диапазона частот, а именно в диапазоне частот от 2 ГГц до 4 ГГц с центральной резонансной частотой 3,6 ГГц, величиной вносимых потерь в открытом состоянии переключателя не хуже 0.05 дБ на центральной резонансной частоте 3.6 ГГц, изоляцией в закрытом состоянии переключателя не хуже 43 дБ на центральной резонансной частоте 3,6 ГГц при контактном сопротивлении не более 0,15 Ом, с высокой добротностью и линейностью, высоким коэффициентом качества конструкции переключателя, высоким коэффициентом емкости переключателя - 14900, при малой площади пластины подвешенного подвижного электрода электростатического привода, малой толщине диэлектрического слоя и малой величине воздушного зазора между ними, предоставляя возможность проектировать переключатель с малой площадью пластины подвешенного подвижного электрода электростатического привода, малой толщиной диэлектрического слоя основного управляющего конденсатора и малой величиной воздушного зазора между ними, что также позволяет снизить электромеханические и массогабаритные характеристики переключателя, с низкой величиной постоянного управляющего напряжения 3,5 В для электростатической активации переключателя, с высокими динамическими характеристиками, а именно, малым временем необходимым на совершение цикла операции закрытие и открытие переключателя в 6,25 мкс и 3,2 мкс соответственно, с низкой величиной коэффициента изотермического и термоупругого демпфирования за счет введения сквозных перфорационных отверстий по всей площади подвешенного подвижного электрода электростатического привода, имеющих круглый профиль определенного диаметра и расположенные с определенным шагом по всей площади подвешенного подвижного электрода электростатического привода, что также позволяет существенно снизить величину остаточных термомеханических напряжений, возникающих на этапах технологического процесса изготовления переключателя, с наличием в конструкции переключателя предусмотренных контактных площадок, обеспечивающих возможность монтажа переключателя в специализированный высокочастотный корпус и его интеграцию в радиоэлектронные устройства, с наличием в конструкции переключателя тонких пассивационных слоев, выполненных из диэлектрического материала, предназначенных для развязки постоянного управляющего напряжения от коммутируемого высокочастотного радиосигнала, в сочетании с высокой надежностью и отказоустойчивостью конструкции переключателя, что в полной мере соответствует требованиям, предъявляемым к высокочастотным радиоэлектронным устройствам в современной интегральной радиоэлектронике, в частности, в современных антенных, телекоммуникационных и радарных устройствах, устройствах наземной и спутниковой радиосвязи.In the presented topological configuration, the proposed high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with high allows switching high-frequency radio signals with an effective frequency range in the S-band region, namely in the frequency range from 2 GHz to 4 GHz with a central resonant frequency of 3.6 GHz, with the value of insertion losses in the open state of the switch not worse than 0.05 dB at the central resonant frequency of 3.6 GHz, isolation in the closed state of the switch is not worse 43 dB at the central resonant frequency of 3.6 GHz with a contact resistance of no more than 0.15 Ohm, with high quality factor and linearity, high quality factor of the switch design, high capacitance factor of the switch - 14900, with a small area of the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, a small thickness of the dielectric layer and a small value of the air gap between them, making it possible to design a switch with a small area of the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, a small thickness of the dielectric layer of the main control capacitor and a small value of the air gap between them, which also makes it possible to reduce the electromechanical and weight and size characteristics of the switch, with a low value of the constant control voltage of 3.5 V for electrostatic activation of the switch, with high dynamic characteristics, namely, a short time required to complete the cycle of the closing and opening operation of the switch in 6.25 μs and 3.2 μs, respectively, with a low value of the coefficient isothermal and thermoelastic damping due to the introduction of through perforation holes over the entire area of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, having a round profile of a certain diameter and located with a certain pitch over the entire area of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, which also makes it possible to significantly reduce the amount of residual thermomechanical stresses that arise at the stages of the technological process of manufacturing the switch, with the presence in the design of the switch of provided contact pads that provide the ability to mount the switch in a specialized high-frequency housing and integrate it into electronic devices, with the presence in the design of the switch of thin passivation layers made of dielectric material, designed to decouple the constant control voltage from the switched high-frequency radio signal, in combination with high reliability and fault tolerance of the design of the switch, which fully meets the requirements for high-frequency electronic devices in modern integrated electronics, in particular, in modern antenna, telecommunication and radar devices, ground and satellite radio communications.

Claims

An integrated high-frequency microelectromechanical switch of the capacitive switching principle with a high capacitance coefficient, comprising a substrate made of a dielectric material with a high-frequency coplanar waveguide located thereon, made of a conductive metallic material, formed by a central conductor, which is a conductor of a radio signal transmission line, and two grounding conductors located symmetrically with a gap on both sides relative to the central conductor, characterized in that a suspended movable electrode of an electrostatic drive is introduced into it, made in the form of a plate made of a conductive metallic material, divided into first and second parts of electrostatic activation, which are connected to each other by a jumper made of a conductive metallic material, located with an air gap and symmetrically on both sides relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, two pairs of suspended elastic suspension elements of a zigzag shape, made of a conductive metallic material, such that one pair suspended elastic suspension elements of zigzag shape are attached to the first part of the electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, and another pair of suspended elastic suspension elements of zigzag shape are attached to the second part of the electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, symmetrically on both sides of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, two pairs of support-anchor structural elements made of conductive metallic material, which are located on both parts of the grounding conductor of the high-frequency coplanar waveguide relative to the conductor of the radio signal transmission line, to which a corresponding pair of suspended elastic suspension elements of zigzag shape is attached, a fixed electrode of the electrostatic drive made of conductive metallic material, divided into first and second parts of the electrostatic activation, which are located symmetrically with a gap on both sides relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, and also symmetrically with an air gap under the first and second parts of the electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers made of a dielectric material that are applied to the surface of the first and second parts of the electrostatic activation of the fixed electrode of the electrostatic drive, two flat thin-film variable capacitors with metal-dielectric-metal plates formed by the first and second parts of the electrostatic activation of the fixed electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers located on their surface, as well as the first and second parts of the electrostatic activation of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, through perforation holes in the plate of the suspended movable electrode of the electrostatic drive, having a round profile and located with a step over the entire area of the plate, the main control flat thin-film capacitor of constant high capacitance with metal-dielectric-metal plates, which is formed by a thin dielectric layer with high permittivity applied locally with a topological configuration to the surface of the conductor of the high-frequency radio signal transmission line coplanar waveguide, with an additional conductive metal layer applied to its surface, a third flat thin-film variable capacitor with metal-dielectric-metal plates formed by a connecting jumper of a suspended movable electrode of an electrostatic drive, an additional conductive metal layer and an air gap between them, inductive recesses in the plane of the grounding conductors and the plane of the central conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, two contact pads made of a conductive metal material located in the recesses of the plane of the grounding conductors, symmetrically on both sides relative to the conductor of the radio signal transmission line of the high-frequency coplanar waveguide, conductive metal connections applied to the substrate, which have a direct electrical connection of each of the two contact pads with the corresponding first and second part of the electrostatic activation of the fixed electrode of the electrostatic drive, thin passivation layers made of a dielectric material applied to the surfaces of the conductive metal connection, intended for electrical isolation of conductive metal connections from corresponding grounding conductors of a high-frequency coplanar waveguide, namely electrical isolation of the direct control voltage from the switched high-frequency radio signal.