SE506313C2 - Avstämbara mikrovågsanordningar - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 506 313 i 2 strömtäthet i tunn-HTS- Detta resulterar ur den höga kraftigt filmsvågledare och mikrostrip. icke-linjär koplanara strömtätheten på kanterna av banden, D.M. Sheen et al, IEEE Trans. on Appl. Superc. 1991, Vol. 1, No. 2 , sid. 108-115. Användbarheten av dessa integrerade HTS/ferroelektriska tunnfilmsanordningar är därför begränsad och de är inte lämpade exempelvis för avstämbara smalbandsfilter med låga förluster.

Avstämbara filter är inom mikrovågskommunikation. och radarsystem såsom. diskuterats ovan.

Filter för cellulära kommunikationssystem, vilka kan arbeta vid generellt viktiga komponenter omkring l-2 GHz tar t ex upp en väsentlig del av volymen i basstationerna, och oftast utgör de t o m den största delen i en basstation. Filtren är dessutom ansvariga för en hög effektförbrukning och betydande förluster i en basstation. Därför är avstämbara lågförlustfilter som har högre effekthanterings- förmåga mycket önskvärda. De är också mycket attraktiva för framtida cellulära bredbandssystem. Idag används mekaniskt avstämbara filter. De har dielektriskt laddade volymresonatorer som har dielektriska konstanter på omkring 30-40. anordningar skulle kunna förbättras om man fann material som har Även om dessa ännu större dielektriska konstanter och lägre förluster, skulle de fortfarande vara för stora, för långsamma och ge upphov till för stora förluster. För höghastighets- kommunikationssystem skulle de fortfarande ge mycket att önska. framtida cellulära I US-A-5179074 visas vågledarkaviteter där antingen en del av eller hela kaviteten är gjord av supraledande material. Volymkaviteter med dielektriska resonatorer har höga Q-värden (kvalitet) och de har också hög effekthanteringsförmåga. De är utbrett använda i exempelvis basstationer i mobila kommunikationssystem. Kaviteterna som visas i ovan nämnda US patent har reducerats i storlek och dessutom har förlusterna reducerats. Emellertid är de mekaniskt avstämbara och storleken och förlusterna är fortfarande för höga.

WO 94/13028 visar också ett antal avstämbara mikrovågsanordningar som innehåller högtemperatursupraledande filmer. Emellertid, också 10 15 20 25 30 35 3 i detta fall används tunna ferroelektriska filmer såsom redan diskuterats ovan, och storleken är inte så liten som önskvärt och förlusterna är för höga. Dessutom är avstämningsområdet begränsat. “1 GHz tunable resonator on bulk single crystal SrTi03 plated with YBaCu0 films" av O.G. Vendik et al, Electronic Letters, Vol. 31, No 8, April 1995 visar en avstämbar resonator med ett bulk en- kristall SrTi0,-substrat på vilket YBCO-filmer är anordnade.

Emellertid är denna anordning behäftad med den nackdelen att den ej är användbar ovanför TC (dvs den kritiska temperaturen för supraledning). Detta innebär bl a att inga signaler kan passera om temperaturen är högre än TC. Detta kan i flera fall få allvarliga konsekvenser. Anordningarna kan således uteslutande användas i supraledande tillstånd. Dessutom är i denna kända anordning de supraledande filmerna helt oskyddade mot påverkan av olika slag.

REnoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Således behövs avstämbara mikrovàgsanordningar vilka kan hållas små, som är snabba och som inte har höga förluster. Anordningar behövs också vilka kan avstämmas över ett stort område och vilka inte kräver mekanisk avstämning. Anordningar behövs som har en hög dielektrisk konstant, speciellt vid kryogeniska temperaturer och speciellt behövs anordningar som uppfyller ovan nämnda önskemål i frekvensbandet l-2 GHz, men givetvis också i andra frekvensband.

Dessutom behövs anordningar som kan arbeta i supraledande såväl som i icke-supraledande tillstånd. Speciellt behövs anordningar vilka kan avstämmss elektriskt och är reducerade i storlek vid en hög mikrovågseffekt.

Därför anges en anordning som omfattar ett substrat av dielektriskt material med en varierbar dielektrisk konstant. Åtminstone en supraledande film är anordnad på delar av det dielektriska substratet som omfattar ett icke-linj art dielektriskt bulkmaterial.

Substratet består av ett enkristallbulkmaterial och den supraledande filmen speciellt bestå av högtemperatursupraledande filmer. filmerna kan Ett normalt ledande lager är anordnat på den eller de sidor av den (eller de) supraledande eller É A stores 313 10 15 20 25 30 35 506 313 ' ~ 4 filmen (filmerna) vilken/vilka är vänd(a) bort från det dielektriska substratet. Avstämbarheten tillhandahàlles genom producering av en förändring i den dielektriska konstanten för det dielektriska materialet och detta kan speciellt utföras via externa medel och speciellt kan det elektriska dielektricitetskonstanten exempelvis för styrning men också temperaturberoendet hos den dielektriska konstanten kan användas för styrningsändamál. Speciellt kan en beroendet hos användas spännings- yttre DC-biaseringsspänning appliceras pá.de supraledande filmerna.

Alternativt kan en ström matas till filmerna men det är också möjligt att använda en värmningsanordning ansluten till den supraledande filmen eller filmerna och pà detta sätt förändra den dielektriska konstanten hos det dielektriska materialet. Bulken- kristalldielektrika, speciellt ferroelektriska bulkkristaller, har en hög dielektricitetskonstant som kan var högre än exempelvis 2000 vid temperaturer under 100 K, i fallet av högtemperatursupraledande filmer under I, vilket är övergàngstemperaturen under vilken materialet blir supraledande. Krupka et al i IEEE MTT, 1994, Vol. 42, No. 10, p. 1886 hävdar att bulkenkristallferroelektrika såsom SrTiQ,har små dielektriska förluster såsom exempelvis 2,6xl0“ vid 77 K och 2 GHz och mycket höga dielektriska konstanter vid kryogeniska temperaturer.

Emellertid, enligt WO 94/13028 och “A High Superconducting Phase Shifter" av C.M. Jacobson et al i Microwave Journal Vol. 5, No 4, Dec. 1992, sid 72-78 hävdas att elektrisk variation för att förändra den dielektriska konstanten hos bulkmaterial är liten och således långt ifrån tillfredsställande. uteslutande Temperature Dessutom är integrerade mikrovágskretsanordningar gjorda av tunnfilmsdielektrika vilket i enlighet med de kända dokumenten är nödvändigt.

Dimensionerna hos anordningarna i enlighet med uppfinningen kan vara mycket små, såsom exempelvis mindre än en centimeter vid frekvenser på omkring 1-2 GHz och ändå är de totala förlusterna små. Detta avser emellertid endast exempel och uppfinningen är 10 15 20 25 30 35 soß 313 5 givetvis inte begränsad till dessa.

Speciellt är den supraledande filmanordningen och det dielektriska substratet bildas och den supraledande filmen(filmerna) kan vara anordnade på åtminstone två ytor av det dielektriska I enlighet med olika utföringsexempel kan de supraledande filmerna vara anordnade direkt på det dielektriska substratet eller också kan ett tunnt buffertskikt vara anordnat mellan de supraledande filmerna och det dielektriska substratet. En aspekt av uppfinningen avser formen av parallellplansresonatorn där det dielektriska substratet kan bestå av en resonatorskiva. Mera speciellt kan åtminstone en supraledande film ha en yta som är något mindre än motsvarande yta på det dielektriska substratet på vilket den är anordnad för att åstadkomma koppling mellan således tillhandahållande en dubbelmods-opererande Mera speciellt ändå, enligt en aspekt av uppfinningen, avser man att tillhandahålla ett avstämbart tvåpolspassbandsfilter (eller ett avståmbart multipolsfilter). Medel kan vara anordnade för att styra kopplingen mellan de två eller flera degenererade moderna. så anordnade att en resonator substratet. degenererade moder och rêsOnatOr .

Enligt ytterligare en annan aspekt av uppfinningen avses ange en avståmbar kavitet. En eller flera resonatorer är då inneslutna i en kavitet bestående av supraledande material eller icke- supraledande material. I fallet av icke-supraledande material, kan den speciellt täckas med en tunn supraledande film på insidan. Mera speciellt består kaviteten av en under-gränsfrekvens-vågledare.

Anordningen. omfattar kopplingsmedel för att koppla. mikrovågs- signaler in i och ut ur anordningen. Dessa kan vara av olika slag att beskrivas den detaljerade beskrivningen av uppfinningen. såsom kommer ytterligare i Dessutom, i ett speciellt utföringsexempel av uppfinningen kan andra avståmningsmedel vara anordnade för finavstämning eller kalibrering av resonansfrekvensen hos det dielektriska substratet i resonatonn. Dessa medel kan bestå av en mekaniskt justerbar "sus 313 i 10 15 20 25 30 35 6 anordning och den kan t ex också bestå av termiska justeringsmedel OSV .

I ett speciellt utföringsexempel kan en kavitet såsom hänvisats till ovan omfatta två eller flera separata kaviteter som vardera omfattar åtminstone en resonator. Dessa resonatorer är kopplade till varandra via förbindelsemedel och bildar en dubbelmod-, eller multimodsresonator.

Ett exempel på ett dielektriskt substrat är ett material som består av SrTiO3 och de supraledande filmerna kan vara s k YBCO-filmer (YBaCu). Uppfinningen är tillämpbar på ett antal olika anordningar filter, såsom avstämbara mikrovågsresonatorer, kaviteter osv.

Speciella utföringsexempel avser avstämbara passbandsfilter, avstämbara två-, tre- eller fyrpolsfilter osv. Andra anordningar oscillatorer, antenner, är fasskiftare, fördröjningsledningar, anpassningsnät osv.

Avstämbara integrerade mikrovågskretsar beskrives i den samtidigt inlämnade avstämbara anordningar" inlämnad samtidigt av samma sökanden och patentansökan "Anordning och förfarande avseende som härmed inkorporeras häri.

KORTFATTAD FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas ytterligare på ett icke begränsande sätt under hänvisning till bifogade figurer i vilka: FIGUR la illustrerar en elektriskt avstämbar parallellplans- resonator som har en cylindrisk form, FIGUR lb illustrerar en elektriskt avstämbar parallellplans- resonator som har en rektangulär form, FIGUR 2 visar en experimentellt bestämd kurva över temperaturberoendet hos den dielektriska konstanten för 10 15 20 25 30 35 FIGUR FIGUR FIGUR FIGUR FIGUR FIGUR FIGUR FIGUR FIGUR FIGUR 7a 8a 8b sus 315 7 enkristallbulkmaterialet för två olika spänningar, schematiskt illustrerar beroendet för den dielektriska konstanten för SrTi0, av applicerad DC-avstämnings- spänning för ett antal olika temperaturer, illustrerar hur kvoten mellan de dielektriska konstanterna för tvà olika spänningar varierar med temperaturen, illustrerar hur resonansfrekvensen beror av pálagd DC- avstämningsspänning för den cirkulära resonatorn i figur la, med YBCO-, och Cu-elektroder, illustrerar det exprimentellt bestämda beroendet för Q- faktorn hos en cirkulär resonator såsom illustrad i figur 5 av de pálagda avstämnings-DC-spänningarna, illustrerar en cirkulär dubbelmods-parallellplansbulk- resonator, illustrerar en rektangulär dubbelmods-parallellplansbulk- resonator, illustrerar ett tvärsnitt av en parallellplansresonator som är insluten i en kavitet som bildar en under-gräns- frekvensvàgledare med probkopplare, illustrerar ett tvärsnitt av en parallellplansresonator som är insluten i en kavitet som bildar en under-gräns- frekvensvàgledare med slingkopplare, illustrerar ett tvärsnitt av en kavitet av reducerad storlek med en parallellplansresonator, l0a illustrerar ett tvärsnitt av en parallellplansresonator “sne 313 » 1" 10 15 20 25 30 35 8 i en kavitet med en frekvensjusteringsskruv, FIGUR l0b illustrerar ett utföringsexempel liknande det i figur l0a men med en justeringsskruv som är annorlunda belägen, FIGUR 10c illustrerar ett utföringsexempel liknande det i figur 10a och figur l0b men där frekvensjusteringsmedlen består av en elektrisk uppvärmningsanordning, FIGUR 11a illustrerar en tvärsnittsvy från sidan av ett elektriskt avstämbart justerbart fyrpolsfilter i en supraledande kavitetsinneslutning, FIGUR llb illustrerar en vy ovanifrån av filtret i figur lla, och FIGUR 12 illustrerar en tvärsnittsvy av ett elektriskt avstämbart trepolsfilter med kopplade cirkulära parallell- plansresonatorer.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Figur la illustrerar ett första utföringsexempel i vilket ett icke- linjärt dielektriskt bulksubstrat 101 med en hög dielektrisk konstant är täckt av två supraledande filmer 102, 102. Det icke- linjära lågförlustsubstratet 101 och de två supraledande filmerna 102, 102, (under deras kritiska temperaturer) dielektriska mikrovågsparallellplansresonator 10A med en hög Via en varierbar DC-spännningskälla pålägges en avstämningsspänning. I ett fördelaktigt utförings- exempel består de filmerna 102, 102 av högtemperatursupraledande filmer HTS. Dessa HTS-filmer är täckta av icke-supraledande filmer med hög ledningsförmåga 103, 103 såsom silver, kopparfilmer eller liknande. Dessa 103 har bland annat som ändamål att den kritiska bildar en kvalitetsfaktor,Q-faktor. supraledande exempelvis guld, skyddande filmer 103, tillhandahålla en hög Q-faktor temperaturen TC och att tjäna som ohmiska kontakter för en pàlagd också ovanför 10 15 20 25 30 35 sms 315 9 DC-avstämningsspänning. Dessutom åstadkommer dessa filmer att man får ett varaktigt kemiskt skydd av RTS-filmerna 102, 102. En variabel DC-spänningskälla är anordnad för att man skall kunna lägga på en avstämnings-biaseringsspänning på filmerna. Spänningen matas via en ledare eller kablar 4 och när en biaseringsspänning läggs på, förändras den dielektriska konstanten för det icke-linjära dielektriska substratet 101. På detta sätt åstadkommas en förändring i resonansfrekvensen (och Q-faktorn) hos resonatorn. I figur la är en cirkulär resonator 10A illustrerad.

I figur lb är en rektangulär resonator 10B illustrerad. Dessa är de två enklaste formerna av resonatorer och för dem är prestanda- ledande analysen ganska enkel och resonansfrekvenserna kan förutsägas på ett exakt sätt. De rektangulära och cirkulära formerna har olika moder och modala fältdistributioner och tillämpningen av dessa former inom området för mikrovågsanordningar såsom filter osv ges väsentligen av den modala fältdistributionen.

Det dielektriska substratet 101 består t ex av enkristalls- strontiumtitanatoxid SrTiO, i bulkform. De supraledande filmerna 102 kan bestå av tunna supraledande filmer och skyddskiktet 103 kan bestå av till ~ovan.

Hänvisningsbeteckningen 4 betecknar ledarna för DC-biaserings- spänningen/ strömmen; detta referenstecken förblir detsamma i alla ritningarna även om de kan vara anordnade på olika sätt vilka emellertid är kända i sig och inte behöver visas explicit här. en normal metallfilm såsom hänvisats I utföringsexemplen i figurerna la och lb matas med en yttre DC biaseringsspänning. Det är emellertid också möjligt att utnyttja ett temperaturberoende hos den dielektriska konstanten för > det icke-linjära bulkmaterialet istället för spänningsberoendet. I illustrerade utföringsexempel är ETS-filmerna deponerade på ytorna av en dielektrisk resonatorskiva av cylindrisk eller rektangulär form. Emellertid, såsom hänvisats till ovan, kan formerna väljas på godtyckligt sätt och de tunna filmerna är deponerade på åtminstone två av ytorna. Generellt beror den låga totala förlusten hos anordningen på den låga dielektriska förlusten för dielektriska '506 513 ' 10 15 20 25 30 35 10 bulk-enkristaller, exempelvis ferroelektriska kristaller och de låga förlusterna i de speciellt högtemperatursupraledande filmer. I ytterligare utföringsexempel vilka kommer att beskrivas senare i den detaljerade beskrivningen supraledande filmerna, är en eller flera resonatorer inneslutna i en kavitet, speciellt en supraledande kavitet och förlusterna är låga också i kavitetsväggarna (under'T;). I dielektriska bulk-enkristaller är de icke-linjära förändringarna beroende exempelvis på DC-biasering (avstämbarhet) större än t ex detsamma i tunna ferroelektriska filmer ståndpunkt. förbättras avstämbarhet genom deponeringen av de supraledande såsom är känt genom teknikens Dessutom filmerna , som har en hög arbets funktion för laddningsbärarna , direkt på ytan av dielektrikat eller den ferroelektriska resonatorn. Detta förhindrar laddningsinjektion in i ferroelektrikat och således också "elektret-effekten" tillsammans med "utfrysning" av AC-polariseringen vid gränsen. Såsom hänvisats till ovan, kan i parallellplansresonatorer HTS-filmer vara täckta av icke-supraledande filmer exempelvis av normal metall för skydd och som tjänar som kontakter för spännings- eller strömbiasering.

Den normala metallen kan exempelvis vara Au, Cu eller Ag eller någon annan lämplig metall. En ytterligare fördel med dessa skyddsfilmer är att även om kylsystemet som används för att hålla hålles en tillräckligt låg temperatur inte skulle fungera, förlusterna på en låg nivå.

I ett fördelaktigt utföringsexempel, som inte är visat i figurerna, är det möjligt att anordna buffertlager mellan de supraledande filmerna och det dielektriska substratet, t ex ett för att förbättra kvaliteten hos de supraledande filmerna vid deponeringsstadiet och för att stabilisera systemet supraledande film-dielektrikum genom att styra de kemiska (t ex utbyte av syre) supraledande filmerna och det dielektriska substratet. Fördelaktigt är tjockleken för den supraledande filmen större än London- penetrationsdjupet. Dessutom är tjockleken för skyddsskiktet 103 av normal metall som utgör ohmska kontakter större än "skin"-djupet tunna ferroelektriskt substrat, reaktionerna mellan de 10 15 20 25 30 35 506 313 ll och ger förhållandevis höga Q-faktorer även vid temperaturer över den kritiska temperaturen T, för den supraledande filmen om kylsystemet inte skulle fungera såsom diskuterats ovan.

Figur 2 illustrerar ett experimentellt bestämt temperaturberoende hos den dielektriska konstanten för ett enkristallsbulkmaterial, i detta fall SrTi03, frekvensen är här 1 kHz och tjockleken på bulkmaterialet är 0,5 mm. Två kurvor är illustrerade, för 0 V respektive 500 V. För samma resonator (t ex den som är illustrerad i figur la) och med samma frekvens och samma tjocklek som i figur 2, visas variationen 1 dielektrisk konstant med DC- avstämningsspänning för olika temperaturer. I figur 4 illustreras temperaturberoendet för kvoten mellan de dielektriska konstanterna vid O V och 500 V för SrTi03 vid en frekvens på 1 kHz.

Figurerna 5 och 6 illustrerar experimentellt bestämda beroenden hos resonansfrekvensen respektive den belastade Q-faktorn för en cirkulär la på pålagd DC- avstämningsspänning. De övre kurvorna indikerar förlusterna när uteslutande supraledande filmer användes och de lägre kurvorna (utan supraledare) resonator såsom visad i figur indikerar förlusterna när bara Cu-filmer användes.

Figurerna 7a och 7b illustrerar två olika utföringsexempel av dubbelmodiga parallellplansbulksresonatorer 20A, 208. Åtminstone 702a, 702b i vardera substratst av en av de supraledande filmerna utföringsexemplet har mindre dimensioner än dielektriskt material 701. I figur 7a är resonatorn 20A cirkulär 7b är Eftersom dimensionerna på de speciellt högtemperaturledande filmer, är reducerade, reduceras strålninge- medan i figur resonatorn 2OB rektangulär. supraledande filmerna, förlusterna. Eftersom de supraledande filmerna är mindre än dielektrikat möjliggörs dubbelmodsdrift för den dielektriska bulk- parallellplansresonatorn genom att koppling mellan åtminstone två degenererade moder mellan de två degenererade moderna för resonatorerna 20A, 2OB kan styras via möjliggöres. Kopplingen 'sos 313 10 15 20 25 30 35 12 styrmedel 705a, 705b. I figur 7a består styrmedlen av ett utsprång 705a eller ett band av supraledande film som ger möjlighet att styra kopplingen mellan de två eller flera degenererade moderna.

I figur 7b bildas kopplingsmedlen genom att en bit 705b av den supraledande filmen är avkapad i ett av hörnen. In och ut avser inkoppling respektive utkoppling av mikrovågor. Om kopplingsmedlen 705a, 705b är anordnade, åstadkommes avstämbara tvàpolspassbands- filter.

Kopplingsmedlen 705a, 705b kan också bildas, antingen separat eller i kombination med supraledande material genom det skyddande skiktet på den normalt ledande plattan betecknad 103 i figurerna la och lb (ej visad i figurerna 7a, 7b). Emellertid, inte heller i dessa utföringsexempel är skyddslagren nödvändiga för fungerandet av Dessutom kan tunna mellan de och det dielektriska anordnade, men de behöver inte vara det. uppfinningen. buffertlager supraledande filmerna substratet vara För att åstadkomma en multimodsanordning kan ett antal alternerande lager av dielektrium respektive supraledande filmer som har olika storlekar i enlighet med utföringsexemplen i figurerna 7a och 7b vara anordnade ovanpå varandra.

I det följande kommer ett antal utföringsexempel att diskuteras där en eller flera resonatorer är inneslutna i en kavitet. Speciellt kan de vara inneslutna i en under gräns-frekvenskavitetsvågledare.

En sådan kavitet kan vara gjord av supraledande bulkmaterial eller av en normal metall täckt med supraledande filmer, speciellt högtemperatursupraledande filmer, på insidan för att reducera dess mikrovågsförluster och för att minska dess dimensioner. Induktiva eller kapacitiva kopplare används för att koppla mikrovågs- signalerna in och ut ur parallellplansresonatorn via hål i väggarna hos kaviteten. Om en DC-spänning används för avstämningen (såsom hänvisats till ovan kan också temperaturavstämning tillämpas), appliceras avstämningsspänningen genom en tunn kabel 4 genom ett isolerat hål 9 i appliceras kavitetens vägg. I figur 8a 10 15 20 25 30 35 506 313 13 avstämningsspänningen genom kabeln 4 genom det isolerade hålet 9 i väggen på kavitetshöljet 806a. Resonatorn omfattar ett dielektriskt substrat 801 vilket åtminstone på två sidor är täckt av supraledande filmer 802. Kopplare 807a, 808a är anordnade för inkopplingen respektive utkopplingen av mikrovågssignaler. Prober 10 är utkoppling av mikrovågssignalerna i. resonatorn. således ett exempel på koppling. respektive Detta utföringsexempel, visar anordnade för in- I figur 8b är resonatorn 30A betecknad med samma referenstecken som i figur 8a och kavitetshöljet är betecknat 806b. I detta fall är anslutningarna 807b, 808b belägna på motstående sidoväggar hos kaviteten 806b. koppla mikrovågssignaler in och ut ur resonatorn 30b och detta är ett exempel på slingkoppling. Dessa utföringsexempel visar induktiva gjorda av Slingor 11 är anordnade för att Under-gränsfrekvensvågledare som är supraledande bulkmaterial högtemperatursupraledande filmer anordnade på insidan av den kopplingar. eller av normal metall med normalaxmetallen används för att stänga in parallellplansresonatorn för att skärma externa fält, uppnå låga förluster, underlätta appliceringen av avstämningsspänningen (eller något annat lämpligt sätt av avstämning) och för att reducera storleken på resonatorn.

Figur 9 illustrerar en anordning 40 där en resonator 41; är innesluten i en kavitet 906 där en DC- avstämningsspänning matas via ledaren 4 för att komma in i kaviteten 906 via ett isolerat hål 9 som exempelvis kan omfatta ett dielektrikum. Resonatorn 41 är anordnad inuti kaviteten 906 och består av ett dielektriskt substrat 901 och två sidor som är täckta av tunna supraledande filmer 902, 902' där storleken eller ytan på den supraledande filmen 902' är mindre än det dielektriska substratets 901 yta för att åstadkomma dubbelmodsdrift för resonatorn. Anslutare 907, 908 är anordnade för inmatning och utmatning av mikrovàgssignaler och anslutarna består av stift 14 för kapacitiv koppling av mikrovågssignaler in i och ut ur resonatorn. supraledande *506 313 10 15 20 25 30 35 14 Figurerna l0a-l0c illustrerar utföringsexempel 50A;5OB;5OC som liknar exemplet i figur 9 men där medel är anordnade för att möjliggöra finavstämning eller kalibrering av resonansfrekvensen exempelvis för att kompensera för spridningen i material och parametrar för anordningen. Referensbeteckningarna motsvarar dem i figur 9. I anordningen 50A, 508 i figurerna l0a respektive l0b är en dielektrisk- eller metallskruv 12, 15 anordnad för att åstadkomma justeringen av resonansfrekvensen. I figur l0a är skruven 12, vilken är rörlig, anordnad upptill i kaviteten medan i figur l0b är skruven 15 anordnad i botten av kaviteten. I figur l0c justeras resonansfrekvensen termiskt via termiska justeringsmedel. De termiska justeringsmedlen består här av en elektrisk uppvärmningsspiral 13. Andra lämpliga uppvärmningsmedel kan givetvis användas och de kan vara anordnade på olika sätt osv, figur 10c visar bara ett exempel på hur termiska justeringsmedel 13 kan anordnas. Givetvis kan också skruvarna på figurerna l0a och l0b vara anordnade på andra sätt och det behöver inte vara skruvar utan andra lämpliga medel kan också användas och de kan vara anordnade på ett antal olika sätt. I ett alternativt utförings- exempel (ej visat) är en av kavitetens väggar eller en del av en vägg, rörlig för att möjliggöra fin- avstämning eller kalibrering. eller en separat vägg, Emellertid, via skruven 12 i figur l0a är finavstämning av resonansfrekvensen möjlig medan via skruven 15 i figur l0b kan större mekaniska justeringar av resonatorkaviteten åstadkommas exempelvis för att uppnå en ändring av dess centrumfrekvens, en kanalrekonfiguration osv.

Figurerna lla, llb och 12 illustrerar utföringsexempel med koppling mellan dubbelmodsresonatorer som bildar små avstämbara passbandsfilter med låga förluster. Figur lla visar en sidovy i tvärsnitt av ett elektriskt avstämbart och justerbart fyrpolsfilter 60 i ett gränsfrekvensvågledare och figur llb visar en vy uppifrån av fyrpolsfiltret 60 i figur lla. Två dubbelmodsresonatorer llla, lllb supraledande kavitetshölje som bildar en under- 10 15 20 25 506 313 15 är anordnade i en supraledande kavitet 111 . Dubbelmodsresonatorerna kan exempelvis anta den formen som resonatorerna illustrerade i figurerna 7a, 7b har. En DC-biaseringsspänning matas via ledarna 4, såsom i de i det föregående beskrivna utföringsexmplen via isolerade hål 9 i kaviteten. Anslutningsmedel 117, 118 är anordnade för in- och utmatning av mikrovågssignaler och anslutningsmedlen är försedda med stift 114 för kapacitiv koppling av mikrovågssignalerna. De två resonatorerna llla, lllb kopplas via ett kopplingsstift 16 via en öppning i en inre kavitetsvägg.

Figur 12 är en elektriskt styrbart trepolsfilter 70 med kopplade cirkulära parallellplansresonatorer.

I detta utföringsexempel är slingkopplare 127, 128 illustrerade för in- respektive utkoppling av mikrovågssignaler i resonatorerna.

Koppling mellan de tre cirkulära resonatorerna 12la, 1211:, 121c tvärsnittsvy av ett åstadkommes via kopplingsslitsar 129.

Givetvis kan principen för uppfinningen tillämpas på många andra anordningar, av illustrativa skäl, har endast ett fåtal visats.

Dessutom kan ett antal olika material användas och även om för vardera utföringsexemplet endast ett sätt för avstämning har visats explicit, är det självklart att eller temperaturavstämning kan användas i vilket utföringsexempel som helst. Också formen på resonatorerna eller de supraledande filmerna och dielektrikum kan väljas godtyckligt och dessutom kan också multimodsanordningar bildas pà vilket önskat sätt som helst. spänningsavstämning ,

Claims (28)

“soe 315 10 15 20 25 30 35 16 PATENTKRAV

1. Avstämbar mikrovågsanordning (10A, 10B; 20A, 208; 30A, 308; 40; 50A, SOB, 50C; 60; 70) omfattande ett substrat (101: 701; 801; 901) av dielektriskt material med variabel dielektricitetskonstant och åtminstone en supraledande film (102; 702a, 702b; 802; 902, 902') anordnade åtminstone på delar av det dielektriska substratet, (101: 701; 801; 901) vilket består av ett icke-linjärt dielektriskt bulkmaterial, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att icke-supraledande lager (l03,103) är anordnade på de ytor av motsatta det dielektriska de supraledande filmerna som är substratet (101;701;801;901).

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d att det dielektriska substratet (101: 701; 801; 901) består av ett enkristall-bulkmaterial. d ä r a v ,

3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den supraledande filmanordningen (102: 702a, 702b; 802; 902, 902') består av ett högtemperatursupraledande (HTS) material.

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att det dielektriska materialet har låga dielektriska förluster och höga dielektriska konstanter vid kryogeniska temperaturer.

5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den supraledande filmanordningen (102: 702a, 702b; 802; 902, 902') består av filmer vilka är så anordnade på det dielektriska substratet (l01; 701; 801; 901) att en resonator bildas.

6. Anordning enligt patentkrav 5, 10 15 20 25 30 35 506 313 17 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att de supraledande filmerna (102: 702a, 702b; 802; 902, 902') är anordnade på åtminstone två ytor av det dielektriska substratet (101: 701; 801: 901).

7. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att de supraledande dielektriska substratet. filmerna är anordnade direkt på det

8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att ett tunnt buffertlager är anordnat mellan en supraledande film och det dielektriska substratet.

9. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d att den är elektriskt avstämbar. d ä r a v ,

10. Anordning enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att dielektricitetskonstanten för det dielektriska materialet varieras genom applicering av en spänning till den eller de supraledande filmen(filmerna).

11. ll. Anordning enligt något av patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den är termiskt avstämbar, dvs den dielektriska konstanten förändras när temperaturen förändras eller är temperaturstyrd.

12. Anordning enligt något av patentkraven 6-ll, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den bildar en parallellplansresonator där det dielektriska substratet består av en resonansskiva som exempelvis har en cylindrisk, rektangulär form eller liknande. 506 513 10 15 20 25 30 35 18

13. Anordning (20A, ZOB; 50A, SDB, 50C; 60) i enlighet med något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att åtminstone en supraledande film (702a, 702b; 902') har en yta som är åtminstone lite mindre än motsvarande yta av det dielektriska substratet (701a, 70lb; 901) på vilken den är anordnad för att åstadkomma koppling mellan degenererade moder, resulterande i en resonator som arbetar i två moder.

14. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att åtminstone två dielektriska substrat är anordnade på de yttre motsatta ytorna på vilka supraledande filmer är anordnade och att mellan.varje dielektriskt substrat är en supraledande film anordnad på ett sådant sätt att koppling åstadkommes mellan resonatorerna att en som vardera omfattar ett dielektriskt substrat, så multimodsresonator erhålles.

15. Anordning (ZOA, ZOB; 60) enligt patentkrav 13 eller 14, omfattande medel (705a, 705b) för styrning av kopplingen mellan åtminstone två degenererade moder och. bildande åtminstone ett avstämbart tvåpols-passbandsfilter.

16. Anordning (30A, 308; 40; SOA, 5OB, 5OC; 60: 70) enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den är innesluten i en kavitet (806a, 806b; 906, 906', 906"; 1117 112).

17. Anordning enligt patentkrav 16, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den är en under-gränsfrekvensvågledare.

18. Anordning enligt patentkrav 16 eller 17, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att kaviteten är supraledande, antingen bestående av supraledande 10 15 20 25 30 35 586 313 19 bulkmaterial eller normalt material täckt av en supraledande film, speciellt ett HTS-material.

19. Anordning enligt patentkrav 18, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att kopplingsmedel (10: ll; 14) är anordnade för att koppla mikrovàgssignaler in och/eller ut.

20. Anordning (IOA, 10B, 10C) i enlighet med patentkraven 18 eller 19, k ä n n e.t e c k n a d d ä r a v , att andra medel (12: 15; 13) från de första avstämningsmedlen år anordnade för finavstâmning eller kalibrering separata av resonatorns resonansfrekvens.

21. Anordning enligt patentkrav 20, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att sagda andra medel består av en mekaniskt justerbar anordning (l2; 15) på eller inom kaviteten.

22. Anordning enligt patentkrav 20, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att sagda andra medel består av mekaniska (12; 15) och/eller termiska justeringsmedel (13).

23. Anordning enligt något av patentkraven 16-22, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v L att kaviteten består av två del-kaviteter antingen i form av separata kaviteter eller en delad kavitet med vardera åtminstone lllb) vilka resonatorer är- kopplade till och således bildande ett en resonator (llla, varandra via förbindelsemedel (16) multipolsfilter (60).

24. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att det dielektriska substratet exempelvis består av SrTiO3 och att 506 513 10 15 20 25 30 35 20 den eller de supraledande filmen(filmerna) består av YBCO.

25. Avstämbar omfattande åtminstone ett dielektriskt filmer åtminstone två sidor av substratet, första avstämningsmedel (4) mikrovågsresonator substrat och supraledande anordnade på anslutande till åtminstone en av de supraledande filmerna där det dielektriska substratet består av ett icke-linjärt bulkmaterial, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att på de sidor av de supraledande filmerna som är vända bort från det dielektriska substratet är icke-supraledande lager anordnade.

26. Avstämbar mikrovågsresonator (SOA, 5OB, 50C) enligt patentkrav 25, k ä n n e t e c k n a d avstämningsmedel (12: 13; 15) är finavstämning eller justering av resonatorns resonansfrekvens. d ä r a v , att andra anordnade för

27. Avstämbar'mikrovågsresonator enligt något av patentkraven 25-26 omfattande åtminstone två moder så att den åtminstone bildar en dubbelmodsresonator.

28. Avstämbart mikrovågsfilter (60: 70) omfattande åtminstone två resonatorer (llla, lllb; 12la, l2lb, l2lc) kavitetsanordning (lll: 112), där varje resonator omfattar ett anordnade i en dielektriskt substrat på åtminstone två ytor av vilket en supraledande filmanordning är anordnad och första avstämningsmedel anslutna till åtminstone en del av den supraledande anordningen för förändring av den dielektriska kontanten (6) för det dielektriska substratet, k ä n n e t e c k n a t att de dielektriska substraten är bulkmaterial, att på de filmanordning som är vända bort från motsvarande dielektriskt d ä r a v , bildade av respektive icke-linjärt ytor hos supraledande substrat är anordnade vardera en icke-supraledande film, och att kopplingsmedel (16: 129) resonatorer (llla, lllb; l21a, l2lb, l2lc). är anordnade mellan åtminstone två