具有介质变抗器的电调谐滤波器制造技术

本发明专利技术提供一种电压调谐滤波器，包括一输入连接点、输出连接点和至少一个与输入连接点和输出连接点电连接的电路支路，还包括与一电感器电连接的电压调谐的介质变抗器。该电压调谐滤波器可以是低通、高通、带通或带阻滤波器的一种。变抗器可以包括内装隔直流电容器。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求1998年12月11日提交的美国临时专利申请60/111,888的优先权。本专利技术通常涉及电子滤波器，特别是涉及包括调谐变抗器的滤波器。电子滤波器被广泛使用于射频(RF)和微波电路。调谐滤波器显著改进了电路的性能并简化电路。有两种已知的模拟调谐滤波器用于RF应用中，一种是通常通过变容二极管电调谐，另一种是机械调谐。机械调谐滤波器具有体型大、低速和笨重的缺点。包括传统半导体变容二极管的二极管调谐滤波器具有低功率处理容量，其受到变抗器交叉调制的限制，使得在除期望频率的其它频率也生成信号。此交叉调制是由传统半导体变抗器对电压控制的高非线性响应引起的。用于射频电路的调谐滤波器为人所熟知。在美国专利5,917,387、5,908,811、5,877,123、5,869,429、5,752,179、5,496,795和5,376,907中可以找到这种滤波器的例子。变抗器可以用作调谐滤波器中的调谐电容器。目前常用的变抗器是基于硅和镓化砷的二极管。这些变抗器的性能由指定频率范围内的电容比Cmax/Cmin、频率范围和质量因素，或Q因素(1/tanδ)来定义。对于高达2GHz的频率这些半导体变抗器的Q因素通常非常好。但是在高于2GHz的频率，这些变抗器的Q因素迅速恶化。在10GHz，这些变抗器的Q因素通常只有约30。已经描述了将薄膜铁电陶瓷和一超导元件用作电压调谐元件的变抗器。例如，美国专利5,640,042公开了一种薄膜铁电变抗器，其具有承载衬底层、位于衬底上的高温超导层、位于金属层上的薄膜介质和位于薄膜介质上的多个金属导电装置，其与调谐装置中的RF传输线电接触。在美国专利5,721,194公开了另一种使用铁电元件和超导元件的调谐电容器。1999年10月15日提交的名称为“电压调谐变抗器和包含这种变抗器的调谐装置”的美国专利申请09/149,126公开了工作在室温的电压调谐变抗器和各种包含这种变抗器的装置。1999年11月4日提交的名称为“具有内装隔直流的铁电变抗器”的美国专利申请09/434,433公开了包含内装隔直流电容器的电压调谐变抗器。这些变抗器工作在室温以提供调谐电容。需要能工作在具有较少交叉调制产物的射频和高于超导所必须温度的调谐滤波器。本专利技术提供一种电压调谐滤波器，包括一输入连接点、输出连接点和至少一个与输入连接点和输出连接点电连接的电路支路，还包括与一电感器电连接的电压调谐的介质变抗器。该电压调谐滤波器可以是低通、高通、带通或带阻滤波器的一种。变抗器可以包括内装隔直流电容器。在优选实施例中，电压调谐介质变抗器包括具有第一介电常数和通常平面的衬底、位于衬底通常平面上的调谐介质层，该调谐介质层具有高于第一介电常数的第二介电常数、和位于与衬底通常平面相对的调谐介质层表面上的第一和第二电极。第一和第二电极分开以在其间形成间隔。施加到电极上的偏置电压改变了变抗器输入和输出间的电容。本专利技术提供用介质可变电压电容器调谐的射频(RF)电调谐滤波器。该滤波器可以更低交叉调制失真处理高功率。从下面结合附图阅读优选实施例的描述时可以完全理解本专利技术，其中附图说明图1是在美国专利申请09/149,126中描述的可用于本专利技术优选实施例的平面型电压调谐变抗器的顶视图；图2是图1变抗器沿线2-2的剖视图；图3a、3b和3c是说明根据本专利技术构造的电压调谐变抗器在各操作频率和间隙宽度的电容和损耗因数的图4是在美国专利申请09/434,433描述的具有内装隔直流电容器的平面型变抗器组件的顶视图；图5是图4变抗器组件沿线5-5的剖视图；图6是图4和图5变抗器的示意图；图7是根据本专利技术构造的契比雪夫(Chebyshev)带通滤波器例子的示意图；图8是工作在变抗器上各个偏置电压的图7所示滤波器的衰减图；图9是根据本专利技术构造的低通滤波器的示意图；图10是工作在变抗器上各个偏置电压的图9所示滤波器的损耗图；图11是根据本专利技术构造的高通滤波器的示意图；图12是工作在变抗器上各个偏置电压的图11所示滤波器的损耗图；图13是根据本专利技术构造的带阻滤波器的示意图；图14是工作在变抗器上各个偏置电压的图13所示滤波器的损耗图；参见附图，图1和2是在上述美国专利申请09/149,126中描述的变抗器10的顶视图和剖视图。变抗器10包括通常具有平顶表面14的衬底12。调谐介质层16与衬底的顶表面相邻。一对金属电极18和20位于介质层顶部。衬底12由具有较低介电常数的材料构成，诸如氧化镁、氧化铝、铝酸镧(LaAlO3)、蓝宝石、或陶瓷。为了本专利技术目的，低介电常数是大约低于30的介电常数。调谐介质层16由介电常数约在20到2000范围内，并且约在10V/μm的偏置电压下可调谐性约在10％到80％范围内的材料构成。在优选实施例中，该层最好包括钡锶钛酸盐，BaxSr1-xTiO3(BSTO)，其中x的范围可以是从0到1，或者包括BSTO复合陶瓷。这种BSTO化合物的例子包括(但不是穷举)BSTO-MgO、BSTO-MgAl2O4、BSTO-CaTiO3、BSTO-MgTiO3、BSTO-MgSrZrTiO6和其组合。当承受典型的DC偏置电压，例如从大约5伏到大约300伏电压时，一优选实施例的调谐层具有大于100的介电常数。在电极18和20之间形成宽度为g的间隙22。必须优化间隙宽度以增加最大电容Cmax和最低电容Cmin的比率(Cmax/Cmin)和增加装置的质量因数(Q)。此间隙宽度对变抗器参数的影响最大。将由装置具有最大Cmax/Cmin和最小损耗因数的宽度确定最佳宽度g。一可控电压源24通过线26和28连接到电极18和20。此电压源用于对介质层施加DC偏置电压，由此控制该层的介电常数。变抗器还包括RF输入30和RF输出32。RF输入和输出分别通过焊接或粘接连接到电极18和20。变抗器可以使用低于5-50μm的间隙宽度。介质层厚度的范围是约从0.1μm到20μm。密封剂34位于间隙内并可以是任何具有高介质击穿强度的非导电材料，以允许施加高电压而没有电弧击穿该间隙。在该优选实施例中，该密封剂可以是环氧树脂或聚氨酯。间隙L的长度可以通过改变电极端部36和38的长度来调整。长度的改变对变抗器的电容影响很大。间隙长度可以用此参数来优化。一旦已经选定间隙宽度，电容变成长度L的线性函数。为得到期望的电容量，可以通过试验或计算机模拟来确定长度L。调谐介质层的厚度还对Cmax/Cmin的影响很大。铁电层的最佳厚度可由出现最大Cmax/Cmin的厚度确定。图1和图2变抗器的铁电层可以包括薄膜、厚膜或块(bulk)介质材料，诸如钡锶钛酸盐，BaxSr1-xTiO3(BSTO)、BSTO和各种氧化物或BSTO与加入的各种掺杂剂材料的复合。所有的这些材料都呈现出低的损耗因数。为了描述的目的，对于在大约1.0GHz到大约10GHz的频率范围内工作，损耗因数的范围是从大约0.0001到大约0.001。对于在大约10GHz到大约20GHz的频率范围内工作，损耗因数的范围是从大约0.001到大约0.01。对于在大约20GHz到大约30GHz的频率范围内工作，损耗因数的范围是从大约0.005到大约0.02。电极可以包含预定宽度间隙的任何几何体或形状制造。本专利技术公开的变抗器的操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调谐滤波器包括：一输入连接点；一输出连接点；和一第一电路支路，其电连接到所述输入连接点和所述输出连接点并包括与一电感器电连接的电压调谐介质变抗器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯C森古塔，斯蒂文C斯托维尔，朱永飞，桑姆纳斯森古塔，邱路娜音译，张虚白，
申请(专利权)人：帕拉泰克微波公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]