可调谐微波器件制造技术

可调谐微波器件（１０Ａ，１０Ｂ；２０Ａ，２０Ｂ；３０Ａ，３０Ｂ；４０；５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ；６０；７０）包括了具有可变介质常数的介质材料的基片（１０１；７０１；８０１；９０１），放置在介质基片的一部分上的至少一种超导膜（１０２；７０２ａ，７０２ｂ；８０２；９０２，９０２′），其中介质基片（１０１；７０１；８０１；９０１）由一个非线性介质块状材料组成，其特征在于： 导电层（１０３、１０３）被放置在每个超导膜上，膜的另一面对着介质基片。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波器件和元件，它们由介质基片和超导膜构成的导体组成。这些器件的可调谐性可以通过改变介质材料的介电常数来获得。在器件方面的例子有可调谐振器、可调谐滤波器、可调谐腔体等。在诸如微波通信、雷达系统和蜂窝通信系统中微波器件和元件是重要的。当然还有若干其它应用领域。技术状态微波器件在技术上的应用是众所周知的。在Z-Y shen，ArtechHouse 1994年发表的“高温超导微波电路”一文中，讨论了基于TEMOL模式的介质谐振器。一种介质谐振器被夹在薄的沉积在各自基片上的高温超导膜(HTS)之间，而不是直接在介质上。这类谐振器在1～2GHz上满足了作为蜂窝通信损耗和功率处理的要求。不便之处在于在1～2GHz的频率上高温超导膜和介质基片尺寸很大，并且器件制造费很昂贵。此外，它们仅能机械调谐，使器件(即滤波器)做得庞大，并引起了与振动和颤噪声有关的复杂问题。WO 94/13028示出了铁电体和高温超导膜的集成器件。薄的外延铁电体膜被使用。这种薄膜具有较小的介电常数，调谐范围有限，微波损耗高。并且，在薄的高温超导薄膜共平面波导和微带上存在高的非线性电流密度。这导致了微带边沿处高的电流密度(D.M.Sheen等，IEEE Trans，on Appl.Superc.1991，Vol.1，No.2，pp.108-115)。这种集成高温超导/铁电体薄膜器件可应用性受到限制，例如它们不适于用作低损耗、窄频带调谐滤波器。如前面所讨论的微波通信和雷达系统中，可调谐滤波器通常是重要的元件。例如，对于蜂窝系统，可以工作在1-2GHz的滤波器占据了基台体积的很大一部分，甚至常常成为基台的最大部分。而且，滤波器导致了基台中的高功率消耗和大量的损耗。具高功率处理能力的低损耗可调谐滤波器是十分期望的。对将来的宽带蜂窝系统而言，它们亦是十分诱人的。如今使用的机械调谐滤波器。它们有大量介质加载的谐振腔，其介电常数约为30-40。即使能找到高介电常数和低损耗的材料能改善这类器件，但它们仍然太大、太慢和有太高的损耗。对于未来的高速蜂窝通信系统而言，它们离所希望的仍有很大距离。在US-A-5 179 074中示出了腔体的一部分或全部都是用超导材料制造的波导腔。带有介质谐振器的腔体具有高Q值(品质因数)亦有高功率处理能力。它们被广泛地应用，例如在移动通信系统的基台里。上述US专利中揭示的腔体，其尺寸已被减小，而且损耗亦有所减低。然而，它们是机械调谐的，并且尺寸和损耗都仍然太大。WO94/13028也示出了若干带有高温超导膜的可调谐微波器件。然而，在这里，使用了如前面已经讨论过的薄的铁电体膜，其尺寸不是象所需要的那样小，损耗也很高，调谐范围有限。O.G.Vendik等，发表在Electronics Letters，Vol.31，No.8，April1995上的“在块状单晶钛酸锶(SrTiO3)上电镀(YBaCuO)膜的1GHz可调谐振器”一文示出了一个在块状单晶钛酸锶(SrTiO3)上电镀(YBCO)膜的可调谐振器。然而这种器件受限于不能在高于超导临界温度Tc上使用的缺点。例如，假如温度在Tc以上，意味着信号将不能通过，在一些场合可能会产生严重的后果。如果不在超导状态，这种器件不能使用。此外，超导膜非常灵敏，从前没有方法保护它们，这亦可能产生严重后果。通常，在
，仅用过介质例如光敏抗蚀剂保护过超导膜。专利技术概况需要这样的可调谐微波器件，它有小的尺寸，高速，没有高的损耗。器件也需要在宽范围内可调谐，而不要用机械调谐。器件特别需要在低温下有高的介电常数，器件还特别需要在1-2GHz频段满足上述要求，当然也需要在其他频带内满足上述要求。还有更进一步的需要器件能工作在超导状态也能工作在非超导状态。器件也需要其中的超导薄膜较少暴露。特别是器件需要可以被电调谐和在微波功率高电平下减小尺寸。因此，所提供的器件包括一个具有可变介电常数的介质材料的基片。至少一个超导膜被安置在介质基片的一部分上，该基片由块状非线性介质材料组成。基片包括块状单晶材料和由高温超导膜构成的一片超导膜或多片超导膜。常规的导电层被放置在超导膜的每一个面上，超导膜正对着介质基体。调谐是通过改变介质材料的介电常数来实现的，这可以通过外部手段来达到，例如，利用介电常数的电气相关性进行电压控制；也可利用介电常数的温度相关性达到控制目的。特别地是一个外部直流偏压被加到超导膜上。换一种方式是将一个电流馈送电薄膜，可以用加热装置连到超导薄膜上，用这种方法可以改变介质材料的介电常数。块状单晶介质特别是块状铁电体晶体具有高的介电常数，例如在温度低于100K时能高于2000。对于低于跃迁温度Tc的高温超导膜的情况，低于Tc材料便是超导的。Krupka等在IEEE MTT，1994，Vol.42，No.10，P.1886中指出诸如钛酸锶(SrTiO3)块状单晶铁电体具有小的介质损耗，例如在77K和2GHz时为2.6×10-4，在低温时有非常高的介电常数。然而，根据WO 94/13028和C.M.Jacobson等在Microwave JournalVol.5，No 4，Dec.1992 pp72-78发表的“高温超导相移器”所述，为了改变块状材料的介电常数，电气变化是很小的，因而远远不满意。加之微波集成电路器件独有地用薄膜介质制造，根据众所周知的文献，薄膜介质是必要的。本专利技术的器件的尺寸可以非常小，例如在1-2GHz频率上可小于1cm，而且总的损耗也小。然而这仅仅是个例子，本专利技术当然不限于此。超导膜组件和介质基片被独特地安置，使之构成谐振器，超导膜可被安置在介质基片的至少两个表面上。根据不同的实施例，超导膜可被直接地安置在介质基片上或者一个薄的缓冲层可被安置在超导膜和介质基片之间。本专利技术的一个方面涉及到平行板谐振器的形式，其中介质基片可以构成一个谐振器圆盘。较为独特的是至少一个超导膜(其上安置一个普通的导电膜)可以有一个较小的面积，它稍微小于介质基片的相应面积，在基片上安放它以提供简并模之间的耦合，这样便提供了一个双模工作谐振器。更为独特的是在本专利技术的一个部分中，提供了一个双极可调谐带通滤波器(或多极可调谐滤波器)。机构可供作控制两个或多个简并模之间的耦合。根据本专利技术的另一部分，其目的在于提供一个可调谐腔体。一个或多个谐振器被封装在一个由超导材料或非超导材料构成的腔体中。对于非超导材料情况，在其内壁可以特殊地用薄的超导膜覆盖。更为特别的是该腔体构成了一个低于截止频率的波导。器件包括有耦合机构，以耦合微波信号进出器件。在本专利技术的详细描述中，这些可以是不同的类型将被进一步描述。此外，在本专利技术的一个具体实施例中，第二个调谐机构可以供作谐振腔介质基片的谐振频率的细调或校准。这些机构可以构成机械调节构件，例如也能构成热调节机构等。在一个具体的实施例中，上述的谐振腔可包括两个或多个分开的谐振腔，其中每个至少包括一个谐振器。这些谐振器通过内部连接机构相互连接，并形成双模或多模谐振器。介质基片的一个例子是一种钛酸锶(SrTiO3)组成的材料，超导膜可被称为YBCO膜(YBaCu)。本专利技术可用于若干种不同的器件，诸如可调谐微波谐振器、滤波器、腔体等。具体的实施例涉及到可调谐带通滤波器、两极、三极或四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：E·维波尔德，O·文迪克，E·科尔堡，S·格瓦尔吉安，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：