混合材料的RF电路和元件制造技术

一个射频（ＲＦ）元件，包括一种非超导材料以及一种超导材料，其中超导材料位于ＲＦ元件的一个或多个区域，使得具有超导材料的区域比具有非超导材料的区域传导更大的电流密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及采用超导材料的RF元件，特别涉及采用混合 材料的RF元件。
技术介绍
射频(RF)电路/元件(如天线)通常是由铜制成。铜便宜、 藏量丰富、且其具有相当高的传导性和极低阻抗。在天线情况里，阻抗使 得能量很难被发射出去。能量反而会转换成热量，从而降低天线效率。铜适合大多数元件，其中元件尺寸大致是固有谐振(natural resonance)尺寸，固有谐振通常发生在或X/2或人上，其中人是波长。 但是，当元件尺寸相对其运行波长下降时，阻抗显著增加。这类元件的例 子包括负载天线(loaded antenna),如螺旋天线(helix antenna),其通常将 天线尺寸减少到其谐振长度的1/3或者更少。超导材料没有阻抗(至少当材料温度降低到临界温度l之下 时)。理论上，超导元件能够提供比全铜元件更高的效率。超导材料有许多 问题，使得其很难被优先采用。第一，超导材料非常昂贵。第二，超导材 料需要冷却剂以降温到Te，例如， 一些高温超导体的Te是92。K，而其它超导体的Te更低，如低温超导体。第三，超导材料通常是易碎的，很难将超导材料做成除了二维细平的片状或线状的其他形状。目前已有RF系统采用超导材料。 一个例子是使用超导材料制 成整个系统的解决方法。这种系统通常被限制在一个二维表面，占用很大 空间，并且非常昂贵。最近，随着无线基站变得越来越复杂，工程人员正 面临散热问题，特别是功率放大器和滤波器。在商业领域，人们开始使用 由超导材料制成的滤波器用于室外基站，由于材料和低温制冷系统导致成 本上升。但是，极大地降低了空间需求，这可以抵消上升的制造成本。一 个基站系统使用完全是由超导材料制成的滤波器。6另一个现有系统包括一个滤波器组，其中一些滤波器是由超导材料制成，而其它滤波器是由导电材料制成。另一个现有系统包括一个嵌 入到超导球体或圆柱内的铜天线，以在它们离开天线后和在进入自由空间之前改善天线场型，类似于透镜效应(lens effect)。但是，很难建造这些 采用完全由超导体制成的电路或元件的现有系统，因为超导材料易碎，而 且由于超导材料成本高使得制造昂贵。专利技术概述本专利技术各种实施例涉及在一个给定离散元件内采用导电和超 导材料的RF电路的系统和方法。在一个例子里，天线元件在具有高电流 密度的部分上使用超导材料，而其它部分是由导电材料制成。 一个示范方 法包括设计RF电路/元件、确定电路/元件内的电流密度、将具有高电流密 度的一些部分替换为超导材料。本专利技术各种实施例比现有技术提供更多的优势。例如， 一些实 施例允许相同的设计，在制作复杂外形和三维(3D)外形时使用铜，而同 时提供超导材料的性能特性。前述已经相当广泛地阐述了本专利技术的特征和技术优势，以便能 够更好地理解以下本专利技术的详细描述。本专利技术的额外特征和优势将在其后 描述，其构成本专利技术的权利要求科目。本领域有经验的技术人员应该理解， 在此披露的概念和具体实施例可以被利用作为一个基础，用作修改或设计 其它结构以便能够执行本专利技术的相同目的。本领域有经验的技术人员也应 该认识到，这种等同构造没有偏离在附加权利要求内阐述的本专利技术的精神 和范围。被看作本专利技术特征的新颖性特征，无论是其组织和操作方法，与 其它目的和优势一起，从以下的描述并结合附图将会被更好地理解。但是， 应该深刻地理解，在此提供的每个附图仅是用作描述用途，不是意在作为 限制本专利技术的定义。附图说明为了更完整地理解本专利技术，现结合附图对以下描述作出参考，其中图1描述本专利技术一个实施例的典型系统；图2显示本专利技术一个实施例的典型系统；图3显示本专利技术一个实施例的典型系统；图4描述本专利技术一个实施例的示例耦合情景；图5描述本专利技术一个实施例的典型仿真RF电路设计；图6描述本专利技术一个实施例的典型设计；图7描述本专利技术一个实施例的典型设计；图8显示本专利技术一个实施例的具有狭缝设计的典型贴片天线；和图9描述本专利技术一个实施例的典型方法。 专利技术详述图1描述本专利技术一个实施例的典型系统100。系统100包括一 个平面倒F型天线(PIFA)元件，有101、 102和103部分。在此例子里， 101部分在运行期间具有101、 102和103之中最高的电流密度。而且，101 部分是由超导材料制成，而102和103部分是由导电材料制成。通过在101 部分上将导电材料替换成超导材料，系统100与仅使用导电材料的相似形 状设计相比，由于具有更少的阻抗，从而可以获得更高的效率。根据在此所述的原理，图2和3显示其它两个典型的PIFA实 施例。图2显示本专利技术一个实施例的典型系统200。系统200是一个具有 狭缝的PIFA元件，其中201部分(狭缝周围的部分)包括超导材料。图3 显示本专利技术一个实施例的典型系统300。系统300是一个具有弯折线(meander line)的PIFA元件，其中301部分包括超导材料。本专利技术的范 围不限于PIFA天线元件，而且实际上也不限于天线。本专利技术实施例可以 被用于任何RF元件，如天线、滤波器、放大器、循环器(drculator)、分 配器(dkider)、耦合器(coupler)、传输线等。各种实施例可以利用任何超 导材料以及任何导电材料的优点。例如， 一些实施例使用钇钡铜氧化物(YBCO)，其基本上是一种具有很高临界温度92°K (至少对超导体而言) 的陶瓷。相同或不同的实施例可以使用铜作为一种导电材料，因为其容易 焊接，可以变形成各种不同形式，并有相当良好的导电特性用于RF部件。依照本专利技术一个实施例，图4描述一个典型的连接情景400。 图4显示101部分(图1)超导材料的近视图，并显示其如何被连接到102 和103部分的导电材料。本专利技术的各种实施例将超导材料连接到导电材料， 从而提供最佳可能的匹配。为了实现最佳匹配，其中一个选择是进行电容 耦合(capacitive coupling)。电容耦合技术包括放置超导材料使得其与导 电材料重叠一部分边缘，通常是超导材料表面积的2-10%。在这种方式下， 导电材料和超导材料之间重叠的表面积控制着匹配。这种技术如图4所示， 其中101与102和103重叠。例如，如果"1"是50mm，与103的重叠大 约是l-5mm，其随着谐振频率、几何形状、材料等不同而不同。也可以通 过距离"d"控制匹配，距离"d"在不同实施例中有所不同。在一些例子 里，超声波焊接(ultrasonic welding)可以被用来机械地将材料粘结在一起， 从而将距离"d"收縮到最小。根据本专利技术一个实施例，图5描述典型仿真RF电路设计500。 电路设计500提供一个尺寸X/50的环形天线，其中X表示波长。非常小尺 寸的天线经常遭遇低效率。在设计500的例子里， 一个全铜天线将有大约 9%的效率，其是通过仿真获得的。 一个典型的仿真程序包括HFSStm，可 从Ansoft公司获得，其是一个用于RF电路和天线的工业标准仿真程序。 在此例子里，仿真也可以显示在天线设计500的各个点上的磁场强度。电 路设计500上所有区域中，区域501-503具有最高的磁场强度，并具有最 高电流密度。〖0024;i仿真允许参if调整，如材料、几何图形、运行频率等。在一示范方法里，第一次仿真是使用一个全导体参数空间进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个射频（ＲＦ）元件，包括：　一种非超导材料；以及　一种超导材料，其中超导材料位于ＲＦ元件的一个或多个区域内，以至具有超导材料的区域比没有超导材料的区域传导更大的电流密度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳江平，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]