CN103956539B - 一种超低损耗的高频信号移相处理器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低损耗的高频信号移相处理器件，其包括衬底、电介质薄膜及导体，所述电介质薄膜设置于衬底上，所述导体设置于电介质薄膜上，所述导体为超导材料制成。本发明具有结构简单紧凑、制作方便、可降低高频应用下移相器传输线导体损耗、实现低损耗高频信号传输等优点。

Description

一种超低损耗的高频信号移相处理器件
技术领域
本发明主要涉及到微波射频电路领域，特指一种基于超导材料的超低损耗的高频移相处理器件。
背景技术
电扫描天线阵列在通信系统、相控阵雷达、缺陷检测等领域中都有重要应用。移相器是电扫描天线阵列的核心组成部分，决定了系统的性能和成本。移相速度快、移相精度高、插入损耗小、功率容量大、体积小、重量轻、成本低廉、可靠性高是毫米波移相器的发展需求。微波移相器的实现方法越来越多，如半导体二级管移相器、砷化镓晶体管开关式移相器、铁氧体移相器、介质移相器。这些移相器中，介质移相器具有响应速度快、插入损耗小、工作温区宽、功耗小、质量轻、生产成本低等优点，是当前移相器研究的重点与热点。
介质移相器在高频、甚高频应用中，存在导体损耗大的问题，而决定导体损耗的主要因素是导体的电导率。现有的介质移相器，传输线多采用金属材料，其中电导率较高的金属有银(61M Siemens/m)、铜(58M Siemens/m)和金(41M Siemens/m)。虽然银和铜的电导率高，但其抗钝化性、电镀平整度都不如金，故当前研究多采用金作为传输线。
但在高频应用中，以金或银作为传输线的介质移相器，导体损耗非常大，这导致传输距离太短，移相器的相移度无法做得很大；或者需要额外的放大器，引入更高的成本和更大的噪声。仿真结果表明，采用超导材料，能够显著降低器件的损耗，大大提高器件能量传导率。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、制作方便、可降低高频应用下移相器传输线导体损耗、实现低损耗高频信号传输的一种超低损耗的高频信号移相处理器件。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种超低损耗的高频信号移相处理器件，包括衬底、电介质薄膜及导体，所述电介质薄膜设置于衬底上，所述导体设置于电介质薄膜上，所述导体为超导材料制成。
作为本发明的进一步改进：所述导体与电介质薄膜之间设置有第一金属层。
作为本发明的进一步改进：所述导体包括传输线和参考地，所述传输线位于中间，所述参考地分设于传输线的两侧。
作为本发明的进一步改进：所述超导材料为镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
本发明进一步提供一种超低损耗的高频信号移相处理器件，包括衬底、第二金属层、电介质层及传输线层，所述第二金属层镀设于衬底上形成参考地，所述电介质层设置于第二金属层上，所述传输线层设置于所述电介质层上，所述传输线层和第二金属层均为超导材料制成。
作为本发明的进一步改进：所述传输线层与电介质层之间设置有第三金属层。
作为本发明的进一步改进：所述衬底与第二金属层之间设有第四金属层。
作为本发明的进一步改进：所述超导材料为镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的超低损耗的高频信号移相处理器件，结构简单紧凑、制作方便，以超导材料作为信号传输线，在特定的工作环境下能够获得更低的导体损耗，更高的功率容量，使得移相器更多的输入能量能够通过传输线到达输出端。
附图说明
图1是本发明在实施例1中的原理示意图。
图2是本发明在实施例2中的原理示意图。
图3是本发明在实施例3中的原理示意图。
图4是本发明在实施例4中的原理示意图。
图5是本发明实施例1的制作流程示意图。
图6是本发明实施例2的制作流程示意图。
图7是本发明实施例3的制作流程示意图。
图8是本发明实施例4的制作流程示意图。
图例说明：
1、衬底；2、电介质薄膜；3、导体；4、第一金属层；5、第二金属层；6、电介质层；7、传输线层；8、第三金属层；9、第四金属层。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：如图1所示，本发明的超低损耗的高频信号移相处理器件，以共面波导移相器（又称共面微带传输线）为例，其包括衬底1、电介质薄膜2及导体3，电介质薄膜2设置于衬底1上，导体3设置于电介质薄膜2上。衬底1作为介质基片，根据实际需要采用硅、多孔硅、石英、蓝宝石、氧化铝陶瓷或玻璃纤维等材料。电介质薄膜2作为介质移相器移相度可调谐的基础。导体3包括传输线和参考地，传输线位于中间，参考地分设于传输线的两侧。
本发明中的导体3为超导材料制成，利用超导材料特定条件下电导率高的优势，降低器件的导体损耗。超导材料可以根据实际需要采用镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
制作时，如图5所示，先在衬底1上制作一层电介质薄膜2，可以采用脉冲激光沉积技术；再在电介质薄膜2上直接制作一层超导薄膜材料，可以采用脉冲激光沉积或磁控溅射等技术；最后，可以采用光刻、显影、腐蚀等工艺步骤制备所需形状的电路。
实施例2：如图2所示，该实施例与实施例1基本一致，不同之处就在于，导体3与电介质薄膜2之间设置有第一金属层4。即采用粘合性好的金属作为第一金属层4，采用与超导材料相结合的方法，如将超导材料制备在铬、镍等金属上。这种先制作第一金属层4，然后再在第一金属层4上加超导材料的原因是，金属具有更好的粘附效果，在这里起到粘附剂的作用，工艺制作上更容易实现，同时不失超导特定条件下电导率大的优势。
制作时，如图7所示，先在衬底1上制作一层电介质薄膜2，可以采用脉冲激光沉积技术；再在电介质薄膜2上通过热蒸发的方式形成第一金属层4，然后在第一金属层4直接制作一层超导薄膜材料，可以采用脉冲激光沉积或磁控溅射等技术；最后，可以采用光刻、显影、腐蚀等工艺步骤制备所需形状的电路。
实施例3：如图3所示，本发明的超低损耗的高频信号移相处理器件，以微带线移相器为例，其包括衬底1、第二金属层5、电介质层6及传输线层7，第二金属层5镀设于衬底1上形成参考地，电介质层6采用沉积法设置于第二金属层5上，电介质层6为介电常数可调的电介质，传输线层7设置于电介质层6上，作为移相度调谐的基础。
本发明中的传输线层7和第二金属层5均为超导材料制成，利用超导材料特定条件下电导率高的优势，降低器件的导体损耗。超导材料可以根据实际需要采用镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
制作时，如图6所示，先在衬底1上制作由超导材料制成的第二金属层5，作为地电极；然后，将电介质层6设置于第二金属层5上，可以采用脉冲激光沉积技术；再在电介质层6上直接制作一层超导薄膜材料，可以采用脉冲激光沉积或磁控溅射等技术；最后，可以采用光刻、显影、腐蚀等工艺步骤制备所需形状的电路。
实施例4：如图4所示，该实施例与实施例3基本一致，不同之处就在于，传输线层7与电介质层6之间设置有第三金属层8，衬底1与第二金属层5之间设有第四金属层9。即采用粘合性好的金属作为第三金属层8、第四金属层9，采用与超导材料相结合的方法，如将超导材料制备在铬、镍等金属上。这种先制作第三金属层8、第四金属层9，然后再在第三金属层8、第四金属层9上加超导材料的原因是，金属具有更好的粘附效果，在这里起到粘附剂的作用，工艺制作上更容易实现，同时不失超导特定条件下电导率大的优势。
制作时，如图8所示，先在衬底1上先通过热蒸发的方式形成第四金属层9，在第四金属层9上制作由超导材料制成的第二金属层5，作为地电极；然后，将电介质层6设置于第二金属层5上，可以采用脉冲激光沉积技术；再在电介质层6上通过热蒸发的方式形成第三金属层8，然后在第三金属层8直接制作一层超导薄膜材料，可以采用脉冲激光沉积或磁控溅射等技术；最后，可以采用光刻、显影、腐蚀等工艺步骤制备所需形状的电路。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种超低损耗的高频信号移相处理器件，包括衬底（1）、电介质薄膜（2）及导体（3），所述电介质薄膜（2）设置于衬底（1）上，所述导体（3）设置于电介质薄膜（2）上，其特征在于，所述导体（3）为超导材料制成，所述导体（3）与电介质薄膜（2）之间设置有第一金属层（4）。
2.根据权利要求1述的超低损耗的高频信号移相处理器件，其特征在于，所述导体（3）包括传输线和参考地，所述传输线位于中间，所述参考地分设于传输线的两侧。
3.根据权利要求1所述的超低损耗的高频信号移相处理器件，其特征在于，所述超导材料为镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
4.一种超低损耗的高频信号移相处理器件，包括衬底（1）、第二金属层（5）、电介质层（6）及传输线层（7），所述第二金属层（5）镀设于衬底（1）上形成参考地，所述电介质层（6）设置于第二金属层（5）上，所述传输线层（7）设置于所述电介质层（6）上，其特征在于，所述传输线层（7）和第二金属层（5）均为超导材料制成，所述传输线层（7）与电介质层（6）之间设置有第三金属层（8），所述衬底（1）与第二金属层（5）之间设有第四金属层（9）。
5.根据权利要求4所述的超低损耗的高频信号移相处理器件，其特征在于，所述超导材料为镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
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