ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ МИКРОПОЛОСКОВЫЙ РЕЗОНАТОР СВЧ

Предлагаемая полезная модель относится к области СВЧ микроэлектроники и предназначена для работы в составе фильтров СВЧ и генераторах СВЧ в качестве элемента с электрическим управлением резонансной частотой.
Известна конструкция перестраиваемого резонатора СВЧ, содержащая диэлектрическую подложку (MgO), пленку ВТСП (YBCO) в виде двух полосковых проводников разделенных зазором и пленку сегнетоэлектрика (STO), где пленки ВТСП и сегнетоэлектрика нанесены на одну подложку /Brian H. Moeckly, Luke S. - J. Peng, and Gerd M. Fischer, Member, Tunable HTS Microwave Filters Using Strontium Titanate Thin Films, IEEE transactions on applied superconductivity, Vol.13, No. 2, June 2003/. Зазор между полосковыми проводниками выполнен в виде встречно-штыревой структуры.
Недостатком известной конструкции является сложность изготовления резонатора. Для того чтобы физически разнести пленку сверхпроводника (YBCO) и пленку сегнетоэлектрика (STO), обладающих разными значениями потерь, пленка STO вытравливается в тех областях, на которые затем наносится пленка YBCO. Это обусловлено тем, что обе пленки находятся на одной подложке. Технологически сложно разместить две пленки на одной подложке и при этом сформировать их различную топологию так, чтобы пленки не имели физико-химического контакта. Кроме того, нанесение пленок выполняется с помощью технологии реактивного испарения (reactive coevaporation), которая является достаточно трудоемким технологическим процессом и, например, не позволяет создавать толстые пленки сегнетоэлектрика с большими значениями диэлектрической проницаемости и управляемости.
Еще одним недостатком известной конструкции является ее низкая управляемость (несколько единиц МГц при центральной частоте 1 ГГц) при значительных управляющих напряжениях до 100 В.
Наиболее близкой к предлагаемому резонатору по совокупности существенных признаков является конструкция перестраиваемого микрополоскового резонатора СВЧ, содержащего диэлектрическую подложку, на одной стороне которой размещен металлические экран, а на другой - пленка ВТСП в виде двух полосковых проводников, торцы которых разделены зазором, и пленку сегнетоэлектрика, нанесенную в области зазора поверх диэлектрической подложки и пленки ВТСП /US, патент на изобретение №1995/005472935А МПК H01P 1/18/.
Недостатком известной конструкции является то, что пленки высокотемпературного сверхпроводника и сегнетоэлектрического материала находятся в непосредственном физико-химическом контакте, так как созданы в одном технологическом цикле и размещены на одной общей подложке. Проводимость ВТСП-пленки зависит от ее совместимости с пленкой сегнетоэлектрика а также от технологического процесса, используемого при нанесении и обработки обеих пленок. Поэтому класс совокупностей обеих пленок ограничен теми пленками, которые наиболее совместимы. Также имеет место ограничение толщины пленки сегнетоэлектрика, поскольку он располагается над пленкой ВТСП, и пленка сегнетоэлектрика приводит к созданию дополнительных напряжений в ВТСП-пленке. В то же время, толщина пленки сегнетоэлектрика определяет максимальное значение управляющего напряжения и, как следствие, максимальную управляемость резонатора в целом.
Задачей, решаемой полезной моделью, является упрощение технологических процессов изготовления перестраиваемого микрополоскового резонатора и увеличение его собственной добротности без уменьшения его управляемости.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемый резонатор, так же, как и известный, содержит диэлектрическую подложку, пленку ВТСП в виде двух полосковых проводников, торцы которых разделены зазором, и пленку сегнетоэлектрика. Но в отличие от известного, пленка сегнетоэлектрика нанесена на вторую диэлектрическую подложку, содержащую зазор, сформированный пленочными металлическими электродами, и примыкает к пленке ВТСП так, что размер и положение зазора в электродах, нанесенных на пленку сегнетоэлектрика, соответствуют зазору в пленке ВТСП.
Техническим результатом, обеспечивающим решение задачи, является упрощение конструкции и увеличение собственной добротности без уменьшения управляемости перестраиваемого микрополоскового резонатора за счет разделения технологических процессов изготовления пленок ВТСП и сегнетоэлектрического материала.
Совокупность признаков, сформулированная в пункте 2 формулы ПМ, характеризует резонатор, в котором в качестве сегнетоэлектрической пленки использована пленка сегнетоэлектрического материала, у которого температура Кюри ниже температуры перехода ВТСП в сверхпроводящее состояние.
Техническим результатом является отсутствие гистерезиса в управлении перестраиваемым микрополосковым резонатором.
Совокупность признаков, сформулированная в пункте 3 формулы ПМ, характеризует резонатор, в котором полосковые проводники пленки ВТСП имеют равную длину.
Техническим результатом является увеличение управляемости микрополоскового резонатора СВЧ при сохранении высокой собственной добротности резонатора.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана структура перестраиваемого микрополоскового резонатора СВЧ, на фиг.2 показан график частотной зависимости коэффициентов передачи микрополоскового резонатора от управляющего напряжения.
Заявляемая конструкция представляет собой диэлектрическую подложку 1 (фиг.1) и пленку ВТСП в виде двух полосковых проводников 2, торцы которых разделены зазором 3, сегнетоэлектрическую пленку 4, нанесенную на вторую диэлектрическую подложку 5, содержащую зазор 6, сформированный металлическими электродами 7, и примыкает к пленке ВТСП так, что размер и положение зазора в электродах, нанесенных на пленку сегнетоэлектрика, соответствуют зазору в пленке ВТСП. С обратной стороны диэлектрической подложки 1 нанесен металлический экран 8.
При подаче постоянного напряжения смещения на проводники 2 пленки ВТСП, расположенной на первой диэлектрической подложке 1, изменяются диэлектрическая проницаемость пленки сегнетоэлектрика 4, расположенной на диэлектрической подложке 5. Это приводит к изменению емкости планарного конденсатора, образованного металлическими электродами 7 и сегнетоэлектрической пленкой 4. Изменение емкости планарного конденсатора ведет к изменению электрической длины резонатора и, как следствие, его резонансной частоты. Расчеты показывают, что наибольшая зависимость управляемости фильтра от приложенного напряжения смещения достигается при размещении управляющего конденсатора так, что полосковые проводники имеют равную длину /В.В.Плескачев, И.Б.Вендик. Оценка качества перестраиваемых СВЧ фильтров на сегнетоэлектрических конденсаторах. ЖТФ, 2003, т.73, вып.12, с.66-70/.
Управляемость заявляемой конструкции иллюстрирует фиг.2, где представлены частотные зависимости коэффициентов передачи резонатора при отсутствии управляющего напряжения 9 и при подаче напряжения смещения 200 В 10.
Добротность перестраиваемого микрополоскового резонатора определяется потерями в проводящих электродах и диэлектрике. Так как в качестве электродов используется ВТСП, то потерями в них можно пренебречь. Основное влияние на добротность резонатора будут оказывать потери в сегнетоэлектрической пленке, зависящие от тангенса угла диэлектрических потерь. Так как предложенная конструкция позволяет разнести технологические процессы изготовления пленок ВТСП и сегнетоэлектрического материала, это позволяет повысить качество сегнетоэлектрических пленок, упростить процесс их изготовления, добиться получения их оптимальных характеристик с наименьшим тангенсом угла диэлектрических потерь.
2
3
3
x
1-x
Пленка ВТСП может быть выполнена из высокотемпературного сверхпроводника состава YBaCuO7-δ (YBCO). Подложка, на которую нанесена пленка ВТСП, предпочтительно выполняется из сапфира r-среза. В качестве материала сегнетоэлектрической пленки использован сегнетоэлектрический материал, у которого температура Кюри лежит ниже температуры перехода в сверхпроводящее состояние материла ВТСП. Это позволяет получить режим работы резонатора, при котором сегнетоэлектрическая пленка находится в параэлектрической фазе, что позволяет избежать гистерезисного типа зависимости поляризуемой сегнетоэлектрической пленки от приложенного напряжения. Сегнетоэлектрическая пленка может быть выполнена из сегнетоэлектрического материала SrTiO или BaSrTiO с низкой концентрацией бария (x≤0.5), температура Кюри которых ниже температуры перехода пленки ВТСП в сверхпроводящее состояние. Металлические электроды сегнетоэлектрического конденсатора предпочтительно выполнены из меди. Подложка, на которую наносится сегнетоэлектрическая пленка, предпочтительно выполнена из поликора. Сегнетоэлектрический конденсатор устанавливается на диэлектрическую подложку с ВТСП электродами посредством технологии поверхностного монтажа при условии совмещения зазора в электродах конденсатора с зазором в ВТСП электродах.
Таким образом, заявляемая конструкция позволяет упростить конструкцию (технологический процесс ее получения) перестраиваемого микрополоскового резонатора с увеличением собственной добротности без уменьшения его управляемости.