專利名稱：有關(guān)可調(diào)諧器件的結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可調(diào)諧的微波介質(zhì)單片集成電路。還涉及在微波單片集成電路中調(diào)諧微波相位速度的一種方法。在微波通信、無線電系統(tǒng)以及蜂窩通信系統(tǒng)等領(lǐng)域內(nèi)，如上所述的可調(diào)諧微波器件是很使人感興趣的。
技術(shù)狀態(tài)一些可調(diào)諧的微波器件已經(jīng)被提出。如US-A-5285067示出一個非鐵電(線性)基片上的超導(dǎo)諧振器，其輸入與輸出端分別由微帶構(gòu)成。通過光照使超導(dǎo)膜特性發(fā)生變化(調(diào)整)，從而導(dǎo)致諧振頻率發(fā)生偏移。除光照方法外，亦可用其他方法來改變或控制超導(dǎo)膜的特性，這樣使之具有可控制性。但是對采用光調(diào)方法來說，需要很高的光功率，并且調(diào)諧能力不是很有效。
US-A-5179074舉例說明了在超導(dǎo)空腔內(nèi)的多種介質(zhì)諧振器，在高微波功率電平時損耗很小。但是這些設(shè)計都很笨重，并包含復(fù)雜和昂貴的制造工藝，不適用于單片微波集成電路。從WO94/13028可以知道一些可調(diào)諧的微波器件，它們是在高溫超導(dǎo)和鐵電體薄膜微帶波導(dǎo)設(shè)計基礎(chǔ)上。但是由于鐵電體膜低的內(nèi)在品質(zhì)，這些器件因令人難以接受的高微波損耗和調(diào)諧能力很低而受到損害。此外，由于鐵電體膜的品質(zhì)低和窄的HTS帶的高非線性特性(超音頻振蕩)使其微波功率承受能力很低。
把一塊介質(zhì)置于金屬底板上構(gòu)成的鏡象波導(dǎo)已經(jīng)用于毫米波和亞毫米波集成電路，作為一個例子，可以參見P.Bhartia與I.J.Bahl發(fā)表在1984年“毫米波工程與應(yīng)用”，J.Wiley期刊上。對工作在光譜的器件，可參見1981年c.f.M.J.Adams發(fā)表的文獻“光波導(dǎo)導(dǎo)論”，J.Wiley。然而，當頻率低于3GHz時，由于介質(zhì)低的介電常數(shù)、低損耗、tonδ＞10-4使介質(zhì)微波集成電路體積很大使實現(xiàn)微波集成電路(MIC)生產(chǎn)技術(shù)受到限制。
通常，在微波技術(shù)中所用的介質(zhì)材料，其介電常數(shù)在0～100之間，這導(dǎo)致頻率為1～2GHz器件的體積很大。1994年Z-Y Shen，Artech House在“高溫超導(dǎo)微波器件”一文中，公開了基于TM01δδ模式介質(zhì)諧振腔。介質(zhì)諧振器夾在高溫超導(dǎo)薄膜之間，高溫超導(dǎo)薄膜噴鍍在兩個分離的基片上，基片安排在薄膜和介質(zhì)之間。高溫超導(dǎo)材料的面電阻和相伴隨的微波損耗在1～2GHz時非常低，典型值約10-4Ohm，即使如此，這些器件仍然不具有所希望的特性在此頻率上(即1～2GHz)超導(dǎo)膜和介質(zhì)基片的尺寸很大，器件制造也很昂貴。它們只能用機械調(diào)諧，很笨重，在振動或顫噪效應(yīng)方面來不少復(fù)雜問題。
發(fā)明概況因此需要可調(diào)諧的微波器件，這是因為通過該種器件可以方便地、便宜地制造微波單片集成電路，也可以進一步減小其尺寸。為了制造對于例如小巧結(jié)實的器件，特別需要全集成器件電路。特別需要能用簡單的加工流程、用標準的集成電路制造工藝制造有精密的尺寸和大小的微波單片集成電路。此外，微波集成電路需有良好的性能。特別需要組裝過程簡單的器件。還需要具有高電氣性能的微波集成電路。特別需要用于頻帶為1～2GHz的微波單片集成電路。在同一日由同一申請人提出的尚未經(jīng)審查的專利申請“可調(diào)諧的微波器件”包括在此作為參考，描述可調(diào)諧的微波器件。
所提供的可調(diào)諧微波單片集成電路由介質(zhì)材料和超導(dǎo)電路構(gòu)成，超導(dǎo)相對于介質(zhì)材料是這樣配置，使超導(dǎo)材料與介質(zhì)材料之間至少構(gòu)成一個界面，介質(zhì)材料是低損耗、非線性的塊狀材料，其中，介質(zhì)和/或超導(dǎo)材料有可變的介電常數(shù)。控制微波信號的表面等離子波沿界面的傳播，可以進行頻率調(diào)諧。特別是超導(dǎo)電路由高溫超導(dǎo)材料構(gòu)成，諸如YBCO；例如YBa2Cu3O7，TIBa2CaCu2O7，Ba(Bi，Pb)O3，還有如由Z-Y Shen在“高溫超導(dǎo)微波器件”中給出的高溫超導(dǎo)(HTS)材料。介質(zhì)材料可以是鈦酸鍶(SrTiO3)或具有相同特性的任務(wù)材料。Krupka等在1994年的“IEEE Microwave Theory Techn”(vo142，NO10，p1886)發(fā)表的文章中陳述具有非線性特性的介質(zhì)材料如鈦酸鍶(SrTiO3)有非常高的介電常數(shù)，在液氮溫度(77°K)或低于此溫度時ε＝3000～25000。再有鈦酸鍶和鈦酸鋇的固溶體也屬于這種材料。特別是這種電路都有一個波導(dǎo)裝置。
一般可以這樣說，高溫超導(dǎo)材料的很強的負介電常數(shù)是表面等離子波存在的先決條件。k.k.Mei與G.Liang于1991年發(fā)表在IEEE Trans.Microwave Theory Techn Vol39，No9上“超導(dǎo)體的電磁學(xué)”文章中首先認定高溫超導(dǎo)材料有很強的負介電常數(shù)這一事實。提供了控制表面等離子波傳播的調(diào)諧機構(gòu)。在一個具體的實施例中，微波集成電路由一個介質(zhì)脊波導(dǎo)和超導(dǎo)膜構(gòu)成。超導(dǎo)膜配置在介質(zhì)材料相對于脊背所在的另一面，脊形成了一個鏡象(image)脊波導(dǎo)。波導(dǎo)中的超導(dǎo)膜特別是高溫超導(dǎo)膜其作用是頻率為1～2GHz電磁波的通道。當然對其他頻率也可能合適。一般情況下，其他的帶狀線波導(dǎo)也可用，諸如凸帶線波導(dǎo)和帶線加載波導(dǎo)。
在一個特別方便的實施例中，波導(dǎo)尺寸是如此選取，使所有橫電波(TE波)無法傳播，只承載電磁波的基本橫磁波基波TM。波可以傳播。通過控制該表面等離子體波，即控制所承載的模式沿界面的傳播，波的相位速度便可調(diào)整。
發(fā)明的另一個實施例中，第一片超導(dǎo)膜安裝在介質(zhì)材料的一邊，介質(zhì)材料有一個脊或成為帶導(dǎo)狀的肋，第二片超導(dǎo)膜安裝在脊上，構(gòu)成平行板波導(dǎo)。平行板波導(dǎo)的尺寸如此選定使表面等離子的兩個基波，即TM0，TM1型波，沿著介質(zhì)材料和其分別對應(yīng)的超導(dǎo)膜之間的界面?zhèn)鞑ァ?br> 另一個發(fā)明實施例是關(guān)于平行板諧振器，它的輸入和輸出有耦合器。平行板諧振器可以是矩形或圓形，也可以是其他任何形式。這種諧振器在題目是“可調(diào)諧的微波器件”的尚未經(jīng)審查的專利申請中亦有描述，這篇專利申請在同一天由同樣一些申請人提出。輸入與輸出耦合可以用鏡像脊波導(dǎo)或平行板波導(dǎo)。為了控制它們之間的耦合度，輸入/輸出鏡象脊波導(dǎo)(或平行板波導(dǎo))與平行板諧振器之間有一個間隙。平行板諧振器可以是雙模諧振器(多模諧振器)，安裝了一個機構(gòu)以提供諧振器內(nèi)的微波退化振蕩模之間耦合。這些耦合機構(gòu)可以有不同形式，如在上面所述的專利申請中所描述的。耦合機構(gòu)的一個例子可以是安置在介質(zhì)諧振器一邊上的超導(dǎo)膜的一個凸出部分，但也可以是一個凹口或切掉部分。也可以是平行板諧振器的介質(zhì)材料上超導(dǎo)膜的一個缺口或其相似物。
上面所提及的器件都可以加一層非超導(dǎo)的金屬膜在超導(dǎo)膜上，即它不在超導(dǎo)膜與介質(zhì)材料之間，而是在超導(dǎo)膜的外表面上。
調(diào)諧可以采用不同方法，如用光照射進行光調(diào)或改變界面的溫度進行溫控等。
平行板諧振器還可以進行電調(diào)諧，加一個直流偏壓在超導(dǎo)膜上使介質(zhì)材料的介電常數(shù)變化。
一般地說，當用光調(diào)諧方法時，超導(dǎo)材料的負介電常數(shù)改變，它使表面等離子體模調(diào)諧，而當采用改變界面溫度方法時，改變的是介質(zhì)材料的介電常數(shù)，或高溫超導(dǎo)的介電常數(shù)，對于后者也可能是兩者的組合。當加直流偏置電壓時，介質(zhì)材料的介電常數(shù)改變，使表面等離子體波的相位速度受到調(diào)整。各種調(diào)諧方法(光/溫度/直流偏置)可以根據(jù)應(yīng)用情況采用任意的組合，但對鏡象脊波導(dǎo)只可能采用光調(diào)和溫調(diào)。
因此提供了多種調(diào)整-微波集成電路中微波相速度的方法，該電路至少包括安置在非線性塊狀介質(zhì)材料上的一片超導(dǎo)膜，其中沿著介質(zhì)材料和超導(dǎo)膜之間形成的界面的表面等離子體波的傳播是受控的。
附圖的簡要說明下面在參照附圖情況下，以不受限制的方式對本發(fā)明作進一步描述，這些附圖為

圖1a說明YBCO的介電常數(shù)實數(shù)部分。
圖1b說明YBCO的介電常數(shù)虛數(shù)部分。
圖2a說明在通常金屬底板的鏡象波導(dǎo)中的磁場分布。
圖2b說明用超導(dǎo)作底板的鏡象波導(dǎo)中的磁場分布。
圖3a說明用理想金屬或通常金屬作導(dǎo)電板的平行板波導(dǎo)中的磁場分布。
圖3b說明由超導(dǎo)作底板構(gòu)成的平行板波導(dǎo)中的磁場分布。
圖4說明一個鏡象脊波導(dǎo)。
圖5說明一個平行板波導(dǎo)。
圖6說明一個電控平行板波導(dǎo)。
圖7說明其輸入/輸出端為耦合脊波導(dǎo)的介質(zhì)集成電路平行板諧振器。
圖8說明其輸入/輸出端為平行板波導(dǎo)的介質(zhì)集成電路平行板諧振器。
圖9說明一個雙模平行板可調(diào)諧的諧振器。
本發(fā)明的詳細說明材料的介電常數(shù)ε可以分為實數(shù)部分ε′和虛數(shù)部分ε′。圖1a從圖表形式說明高溫超導(dǎo)材料YBCO介電常數(shù)的實數(shù)部分隨溫度和頻率變化情況。圖1b從同樣方式說明高溫超導(dǎo)材料YBCO介電常數(shù)的虛數(shù)部分隨溫度和頻率變化情況。從圖中所見，高溫超導(dǎo)材料的介電常數(shù)為負值。另一方面，本發(fā)明中所用的介質(zhì)材料具有很高的正介電常數(shù)。表面等離子波沿著介質(zhì)材料和超導(dǎo)材料界面的傳播，可以被用來調(diào)諧，特別是對高溫超導(dǎo)材料。1981年M.J.Adams在John Wiley，“AnIntroduction to Optical Waveguides”一文中，對表面等離子波作為例子進行了討論。高溫超導(dǎo)材料的介電常數(shù)為負值并且有很高的絕對值，這一點很重要。因為不是負值就不會有表面等離子波存在。圖2a和圖2b只是顯示出當?shù)装宸謩e為通常的金屬和為超導(dǎo)時鏡像波導(dǎo)中磁場分布情況之間的一個比較。為了說明目的給出了本例，用高介電常數(shù)非線性介質(zhì)如鈦酸鍶(SrTiO3)與常用的金屬如金(Au)，銀(Ag)，銅(Cu)，構(gòu)成的鏡象波導(dǎo)(或平行板波導(dǎo))在頻帶1-2GHz，溫度77K(相應(yīng)于高溫超導(dǎo)的超導(dǎo)態(tài))作為可調(diào)諧的介質(zhì)微波集成電路在實際工作中用途是極為有限的。這是因為常用金屬損耗很高，并且由于帶電載體從金屬向介質(zhì)材料的遷移使調(diào)諧效率很低。這在Dedyk A.I，Plotkina N.W and Ter-Martirosyan L.T，“The Dielectric Hysteresis ofYBCO-SrTiO3-YBCO Structures at 4.2K”Ferroelectrics，1993，vol.144pp.77-81中亦有討論。在高溫超導(dǎo)逸出功高于介質(zhì)(例如鈦酸鍶SrTiO3)的逸出功情況下，橫過超導(dǎo)/介質(zhì)界面沒有電荷遷移，非線性介質(zhì)的介電常數(shù)調(diào)諧效率是高的。此外，高溫超導(dǎo)非常大的負介電常數(shù)是表面等離子波沿著介質(zhì)/超導(dǎo)界面?zhèn)鞑サ南葲Q條件。從圖2a、2b可以看到，與在通常金屬鏡象波導(dǎo)中的均勻磁場分布(圖2a)形成對照的是在存在表面等離子波的超導(dǎo)鏡象波導(dǎo)中的磁場分布是不均勻的。從圖2b可見，在超導(dǎo)體與電介質(zhì)的界面上，磁場為最大值，在電介質(zhì)中磁場慢慢衰落。因此可以說場凝聚在界面上，這意味著高溫超導(dǎo)材料介電常數(shù)的任何變化，將導(dǎo)致表面等離子波的相位速度最大變化。這樣控制表面等離子波的相位速度是非常有效的。同樣原因，圖3a和3b分別說明用通常的金屬導(dǎo)電層和超導(dǎo)板所構(gòu)成的平行板波導(dǎo)中磁場分布之間的不同。相對于圖2a和圖2b的差別，可以用簡單一些的方式說，圖3a和3b有兩個界面代替了圖2a和2b的一個界面。
圖4說明本發(fā)明的第一個實施例，它由一個低損耗、小尺寸的鏡象脊波導(dǎo)10構(gòu)成。一個單晶狀體塊狀的介質(zhì)1并在其上表面安裝了一個脊2。脊2可以用照相平版印刷術(shù)或其他恰當?shù)囊阎椒ㄖ瞥?。第一個超導(dǎo)膜3安裝在介質(zhì)材料1上構(gòu)成一個超導(dǎo)底板。鏡象脊波導(dǎo)10可以說其作用是頻率大致為1～2GHz電磁波的一個通道。鏡象脊波導(dǎo)10的尺寸是按這樣一個方法選定的使所有TE型波截止，只允許TM型基波存在。TM型波是一種表面等離子波，它沿看超導(dǎo)膜3(尤其是指高溫超導(dǎo)膜例如YBCO)和非線性介質(zhì)1例如鈦酸鍶(SrTiO3)的界面?zhèn)鞑ァ＜共▽?dǎo)的厚度h是這樣挑選的使其尺寸小于介質(zhì)中的波長λg的一半通常λg=λ0ϵdiel]]>這里λ0是自由空間的波長。給出一個簡單的例子，鈦酸鍶(SrTiO3)在77[°K]時的介電常數(shù)近似為2000。如果假定頻率為近似1GHz，λ0約為30cm。這樣

可以近似為0.75cm，所以厚度h應(yīng)小于0.75cm/2，即3.75mm。在只承載TMo型波情況下，按照一個優(yōu)選實施例，厚度h約為0.5mm。
從光源11，用光照射鏡象脊波導(dǎo)10，可以調(diào)節(jié)波的相位速度。光源11應(yīng)這樣放置使介質(zhì)材料與超導(dǎo)間的界面能夠被光照射到。由于介質(zhì)材料是半透明的，因而實際上光源可以放于任何位置(例如這里是放在上面)，只要介質(zhì)材料暴露在照射之下即可。或者也可采用改變溫度的方法(圖中沒有表示出來)。改變溫度可以采用任何已知的方便方法來達到。
用光照改變超導(dǎo)材料的負介電常數(shù)和/或改變鏡象波導(dǎo)10的超導(dǎo)與介質(zhì)間界面的溫度可達到調(diào)節(jié)表面等離子波相位速度。如果采用的高溫超導(dǎo)與介質(zhì)相比有很高的逸出功，毫無凝問將出現(xiàn)帶電載荷向介質(zhì)材料的遷移。這樣就可使調(diào)諧性能很高。
圖5中說明的是平行板波導(dǎo)20。塊狀非線性介質(zhì)材料1的表面上安裝了一個脊2。第一個超導(dǎo)膜3在介電材料1上形成了第一個平面，而第二個超導(dǎo)薄膜4安裝在介質(zhì)脊背2上構(gòu)成了平行板波導(dǎo)20的第二個平面。平行板波導(dǎo)20支持二個基本的表面等離子波TM0和TM1，它們沿著介質(zhì)材料1，2和分別相對應(yīng)的超導(dǎo)膜3，4之間的界面?zhèn)鞑?。像上面描述的在鏡象脊波導(dǎo)10中一樣，借助于光照和(或)改變器件的溫度調(diào)諧便可達到。此外，還可以采用電調(diào)，使介質(zhì)材料的介電常數(shù)發(fā)生變化或調(diào)整，等離子波的相位速度也就能調(diào)整。這將在下面參見圖6時對其進行進一步描述。
光調(diào)使超導(dǎo)材料介質(zhì)常數(shù)產(chǎn)生變化，而溫度調(diào)節(jié)使超導(dǎo)和(或)介質(zhì)的介電常數(shù)產(chǎn)生改變。借助于電調(diào)，介質(zhì)材料的介電常數(shù)發(fā)生變化。這些調(diào)整方法可以分別單獨使用或組合起來使用。
圖6說明的是一個平行板波導(dǎo)20′，它與圖5所示的平行板皮導(dǎo)20非常相似，只是以加了第一個和第二個通常的非超導(dǎo)膜5和6分別安裝在超導(dǎo)膜3，4上。通常的金屬膜5，6可以用來保護超導(dǎo)膜3，4。此外它還可以作為直流電壓偏置的接點，如圖6中所示。兩條引線15，16是用來連接電壓源作為波導(dǎo)的直流偏置。保護薄膜5，6還可能有助于提供高品質(zhì)因素(Q-factor)，提高臨界溫度(臨界溫度是指這樣一個溫度，低于此溫度時材料成為超導(dǎo)體)，還可能給超導(dǎo)膜提供長期化學(xué)上的保護。
圖7中具體說明的是一個集成平行板諧振器30，并具有輸入和輸出的鏡象波導(dǎo)。超導(dǎo)膜3安置在介質(zhì)基片1上，圓板狀的介質(zhì)材料2′安裝在介質(zhì)材料1的另一面，即相對于超導(dǎo)膜3的對面。介質(zhì)圓板2′被同樣形狀的第二超導(dǎo)膜4′復(fù)蓋，形成一個圓形平行板諧振器。當然這也可以是矩形的平行板諧振器；還可以是任何其他合適形式。超導(dǎo)薄膜3、4′每個都被通常金屬膜(不是超導(dǎo)體)5，6′復(fù)蓋，既作為保護層也作為歐姆接點等，這已如上述。圓形介質(zhì)板2′為一介質(zhì)臺狀結(jié)構(gòu)，它可以從塊狀介質(zhì)1經(jīng)照相平板印刷術(shù)蝕刻而成，但也可用任何其他合適的已知方法加工而成。鏡象波導(dǎo)8，9由介質(zhì)脊2″構(gòu)成，2″分別形成平行板諧振器7的輸入和輸出波導(dǎo)。為了耦合微波信號輸入和輸出平行板諧振器7，在輸入與輸出鏡象波導(dǎo)和平行板諧振器7之間，分別有耦合空隙11，12。
在圖8所示結(jié)構(gòu)布局30′中，輸入和輸出波導(dǎo)8′，9′亦由介質(zhì)材料2″構(gòu)成，但在其上安置了超導(dǎo)膜4″，從而構(gòu)成輸入/輸出平行板波導(dǎo)，在超導(dǎo)膜4″上，可以裝上保護用的非超導(dǎo)膜6″。加一個外部直流場到輸入/輸出平行板波導(dǎo)上(圖8中未示出)，就耦合問題來說就有了很大靈活性，因而是很方便的。導(dǎo)線15，16如上面圖6中所說明的實施例中所描述的一樣，當加上直流偏置電壓后使器件可以電調(diào)。
當然這器件除可以電調(diào)外，也可以光調(diào)和(或)溫控調(diào)節(jié)。
圖9中，述說的是一個由微波集成電路構(gòu)成的可調(diào)雙極濾波器40。參考的標號與圖7和圖8相同，差別是裝了一個機構(gòu)13使平行板諧振器7的退化振蕩模之間能耦合。耦合機構(gòu)由超導(dǎo)膜4″的一個切掉部分構(gòu)成。相應(yīng)地保護膜6″也被切掉。當然退化振蕩模的耦合也可由超導(dǎo)膜相對于介質(zhì)材料2″的一個凸出部分或一個凹口來完成。耦合也可以用其他很多方法來實現(xiàn)。雙極濾波器或多模濾波器的退化振蕩模的耦合在尚未經(jīng)審查的專利申請“可調(diào)諧的微波器件”中亦有討論。在此實施例中對電調(diào)有圖示說明，此外還可以光調(diào)和(或)溫度調(diào)或各種調(diào)諧方法的任意組合。除雙極帶通濾波器外，以同樣方式也可實現(xiàn)多通帶濾波器。本發(fā)明不只限于已經(jīng)圖示說明的一些微波集成電路。所挑選的一些例子只是為了說明問題的目的。例如一個可供選擇的對象，像四極濾波器等。
用高質(zhì)量塊狀單晶介質(zhì)材料如介電常數(shù)很高、介質(zhì)損耗很低的鈦酸鍶(SrTiO3)，與高溫超導(dǎo)膜結(jié)合在一起，就可能使微波集成電路的損耗大大減小，體積也大大縮小。特別是做成頻帶為1～2Ghz的單片介質(zhì)集成電路成為可能。
可以獲得比迄今為止所知器件體積更為小巧堅實的全集成器件或微波單片集成電路不僅僅是本發(fā)明的一個優(yōu)點。方便之處還在于可以采用標準的集成電路制造工藝在一個簡單的加工流程中制造出一定數(shù)量的相同器件。除此之外，優(yōu)點還在于器件的大小和尺碼可以精確確定、性能得到很大改善，在裝配過程中不需再化其他勞動。
權(quán)利要求
1.可調(diào)諧的微波單片集成電路由可變介電常數(shù)的介質(zhì)材料(1，2；2′，2″)與超導(dǎo)膜(3；3，4；3，4′；3，4′，4″)構(gòu)成，超導(dǎo)膜相對于介質(zhì)材料是如此安排，使超導(dǎo)材料與介質(zhì)材料之間至少構(gòu)成一個界面，其特征在于介質(zhì)材料(1，2；2′，2″)是低損耗、非線性塊狀材料，以及微波的相位速度的調(diào)整是通過控制微波的表面等離子體波沿該界面的傳播來實現(xiàn)的。
2.按照權(quán)利要求1的可調(diào)諧的微波單片電路，其特征在于超導(dǎo)膜(3；3，4；3，4′；3，4′，4″)是一種有負介電常數(shù)的高溫超導(dǎo)材料，例如YBCO，它的介電常數(shù)是可以變化的。
3.按照權(quán)利要求1或2的可調(diào)諧的微波電路，其特征在于它有一個波導(dǎo)部件(10；20；20′；30；30′；40)，在此波導(dǎo)部件中，至少對頻率為1～2GHz的微波是可用的。
4.按照權(quán)利要求1的可調(diào)諧的微波集成電路，其特征在于提供的調(diào)諧機構(gòu)是控制表面等離子體波的傳播。
5.按照前面權(quán)利要求中任何一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于借助光(11)和/或溫度控制機構(gòu)，使高溫超導(dǎo)膜的負介電常數(shù)改變，從而實現(xiàn)調(diào)諧。
6.按照權(quán)利要求4或5的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于借助于溫度控制和/或電控機構(gòu)，使介質(zhì)材料的介電常數(shù)改變，從而實現(xiàn)調(diào)諧。
7.按照前面權(quán)利要求中任何一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于它有一個介質(zhì)脊波導(dǎo)(10；8，9)。
8.按照權(quán)利要求7的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于超導(dǎo)膜(3)安裝在介質(zhì)材料(1)的一邊，該介質(zhì)材料的另一邊上形成一個介質(zhì)材料的脊(2)，從而成為鏡象脊波導(dǎo)(10；8，9)。
9.按照權(quán)利要求7的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于超導(dǎo)膜(3)是一個高溫超導(dǎo)膜，波導(dǎo)的作用是頻率約為1-2Ghz電磁波的通道。
10.按照權(quán)利要求8的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于波導(dǎo)(10)的尺寸是這樣選取只承載電磁波的橫磁波基模(TM)。
11.按照權(quán)利要求10的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于所有橫電波的各種模式(TE)都不能傳播。
12.按照權(quán)利要求7的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于除了第一個超導(dǎo)膜(13)以外，超導(dǎo)電路還包括第二個超導(dǎo)膜(4)，它被安裝在介質(zhì)材料脊超導(dǎo)結(jié)構(gòu)(2)那一邊。
13.按照權(quán)利要求12的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于它包含一個平行板波導(dǎo)(20；20′)。
14.按照權(quán)利要求13的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于平行板波導(dǎo)(20；20′)的尺寸是這樣的只承載兩種表面等離子體波(TM0，TM1)沿界面?zhèn)鞑ァ?br> 15.按權(quán)利要求1～6中任何一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于它有一個帶輸入和輸出耦合器(8，9；8′，9′)的平行板諧振器(7)。
16.按照權(quán)利要求15的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于輸入和輸出耦合器中每個都包含有一個鏡象脊波導(dǎo)(8，9)。
17.按照權(quán)利要求15的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于輸入和輸出的耦合器機構(gòu)中每個都包含有一個平行板波導(dǎo)(8′，9′)。
18.按照權(quán)利要求15～17中的任一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于輸入和輸出耦合機構(gòu)由在輸入/輸出波導(dǎo)上加電壓和(或)用光照和(或)溫度控制機構(gòu)進行控制。
19.按照權(quán)利要求15～18中任一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路(40)，其特征在于平行板諧振器是一個雙模諧振器，在此諧振器里，安裝了微波退化振蕩模之間的耦合機構(gòu)。
20.按照權(quán)利要求19的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于這耦合機構(gòu)是置于諧振器的介質(zhì)一面上的超導(dǎo)膜的一個凸出部分。
21.按照權(quán)利要求19的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于耦合機構(gòu)是置于平行板諧振器的介質(zhì)材料一邊上的平行板諧振器的超導(dǎo)膜的一個凹口(13)。
22.按照權(quán)利要求15～21中任一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于在輸入/輸出波導(dǎo)(8，9；8′，9′)與平行板諧振器之間設(shè)置了間隙(11，12)，用它分別地去控制每一個輸入/輸出波導(dǎo)和諧振器的耦合度。
23.按照前面權(quán)利要求的任一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于非超導(dǎo)的金屬膜(6；6″)可以安裝在超導(dǎo)膜上。
24.按照前面權(quán)利要求的任一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路；其特征在于為了照射介質(zhì)一超導(dǎo)膜的界面，提供了一個光源(11)，照射的強度可以改變。
25.按照權(quán)利要求1～24中任一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于調(diào)諧是溫度控制的，以及提供了至少能改變介質(zhì)材料與超導(dǎo)膜之間界面溫度的裝置。
26.按照權(quán)利要求12～25中任一條的可調(diào)諧的微波單片集成電路(20′；30；30′；40)，其特征在于它可以電調(diào)諧。
27.按照權(quán)利要求26的可調(diào)諧的微波單片集成電路，其特征在于提供的外部電壓源，用來加直流偏壓至超導(dǎo)膜，使介質(zhì)材料的介電常數(shù)改變。
28.用于在微波單片集成電路中，頻率范圍約為1～2Ghz微波相位速度的調(diào)整方法，其特征在于它包括控制表面等離子體波沿非線性塊狀介質(zhì)材料和安置在它上面的超導(dǎo)膜(至少一片)之間的界面?zhèn)鞑ァ?br> 29.按照權(quán)利要求28的方法，其特征在于由強度可變的光照射界面來實現(xiàn)控制。
30.按照權(quán)利要求28或29的方法，其特征在于用改變至少介質(zhì)材料和超導(dǎo)膜間的界面溫度來達到控制。
31.對于在微波單片集成電路中調(diào)整頻率范圍約為1～2GHz的微波相位速度的方法包括防止所有橫電波模式的傳播和至少應(yīng)加一個可變直流偏置電壓在超導(dǎo)膜上實現(xiàn)微波集成電路調(diào)諧，該微波單片集成電路包含一個平行板諧振器(7)或一個多模濾波器，這里至少有一片超導(dǎo)膜，特別是有負介電常數(shù)的一片高溫超導(dǎo)膜安置在有很高介電常數(shù)、非線性、塊狀的介質(zhì)材料上。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是可調(diào)諧的微波單片集成電路,它包含介電常數(shù)可變的介質(zhì)材料(1,2)。介電常數(shù)為負值的超導(dǎo)材料(3)相對于介質(zhì)材料(1,2)按如下方式安裝:使超導(dǎo)材料和介質(zhì)材料間至少構(gòu)成一個界面。介質(zhì)材料(1,2)是一種低損耗、非線性塊料。通過控制微波表面等離子沿界面的傳播,實現(xiàn)對微波相位速度的調(diào)整。
文檔編號H01P7/08GK1192293SQ96195980
公開日1998年9月2日 申請日期1996年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月13日
發(fā)明者E·維克堡, O·芬迪克, E·科爾伯格, S·格沃爾吉安 申請人:艾利森電話股份有限公司