CN1373914A - 可切换的微波器件 - Google Patents

Abstract

如传输线之类的平板微波器件具有形成有图案的导电层,该导电层位于具有均匀厚度的绝缘层(1)上。中心微带线(9)围绕有分支微带(11),该分支微带位于中心带的两侧,并通过跨接部分(15)与中心带连接,从而形成窗口(13)。每条分支微带都具有位于跨接部分之间的中断区域(17)。中断区域可以在导电状态和非导电状态或高阻状态之间进行切换。该状态切换将影响传输线的特性阻抗,以使其在类似于晶体管的方式或可转变滤波器或感应器的方式进行工作。导电材料可以是超导体,则中断区域包含有约瑟夫森连接或超导弱连接。此外,导电材料可以用普通导体替代,则中断区域包括有光导材料。

Description

可切换的微波器件

技术领域

本发明涉及一种用于微波集成电路的可切换的微波器件，特别适用于控制微波在微带线或类似的传输线中的传输。

背景技术

在构造微波集成电路时，需要在不同方面控制微波的传输。

因此，美国专利5770546披露了超导带通滤波器，该滤波器的特性可以通过施加机械力或压力或改变磁场而发生改变。美国专利5585330披露了一种通过控制其超导特性而改变超导微带线的电阻的方法。

在已公开的国际专利申请WO 00/04603中披露了一种用于初级微波频率的感应器，该感应器具有被设计为线状微带元件的传输线，它用包括有普通导电材料例如是合适的金属的中心线制造的。微带元件具有通过使中心线两侧的区域具有超导性而发生改变的宽度。在微带元件的有效宽度改变的过程中，其电感因此改变。微带元件两侧区域直接位于中心，普通金属导体。在已公开的国际专利申请WO 00/04602中披露了一种用于如微波频率的低通或带阻滤波器，该滤波器与引用的国际专利申请WO 00/04603披露的感应器具有相同的结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传输线之类的微波器件，该传输线具有可以依据控制信号在不同的数值之间进行转变的特性阻抗。

本发明所要解决的问题是如何构造一种微波器件，特别是一种平板微波器件，该微波器件以基本上与用于普通电信号处理的平板电路相同的波形(wavy)构成，该器件具有可以在不同数值之间进行变化的特性阻抗，特别是不同数值之间的差别如此巨大，以至于可以用于微波调制甚至得到开关功能。

因此，通常，传输线之类的微波器件包括有具有被控制具有至少两个不同数值之一的阻抗的微带传输线。从而该器件将具有晶体管/放大器特性。可以通过改变微带线的物理几何形状、改变其机械或其他方面的特性，特别是通过对微带线外面的区域的进行电中断这些不同的方式，来控制阻抗。

传输线是这样的平板型，并具有中心微带线。分支微带线位于中心微带线的两侧，不同的微带线都由导电材料制成。在最佳几何构成中，分支微带线通过在中心微带线的纵向上通过跨接区域进行封闭的窗口与中心微带线隔离开。每条分支微带线具有位于跨接区域和中断区域之间的中断区域，每条微带线都可以在导电状态和非导电状态或高阻状态进性切换。在第一种情况下，导电材料是超导材料，中断区域包括有约瑟夫森连接或超导弱连接。在第二种情况下，导电材料是普通的导体，中断区域包括有光导材料。

附图说明

本发明将参考附图通过无局限性的实施方式述进行描述。其中：

图1是示出了用于改变特性阻抗的数值的传输线的电压—电流特性的曲线图的图表，

图2是具有可在两个不同数值之间进行转变的阻抗的平板可转变的微波传输线的透视图，

图3是平板可转变的微波传输线的另一实施例的侧视图，和

图4是具有可在两个不同数值之间进行转变的阻抗的平板可转变的微波传输线的透视图。

优选实施例的详细说明

一条微波微带线或其他类型的微带线具有以下述公式表示的特性阻抗Z₀ $Z_0=\sqrt{\frac{R+\mathrm{i\ωL}}{G+\mathrm{i\ωC}}}=Z_{\mathrm{OR}}+i{Z}_{\mathrm{OI}}---\left(1\right)$

其中R、G、L和C分别是微带线的线性阻抗、电导、电感和电容。可以发现，在低频情况下，阻抗Z₀主要依赖于传输线的电阻特性，而在高频如微波频率情况下，阻抗Z₀主要取决于传输线的电感和电容特性，即 $Z_0=\sqrt{\frac{L}{C}}---\left(2\right)$

因此，通过控制微带线的电感和/或电容，特性阻抗Z₀将发生改变，从而导致图1所示的电压电流特性曲线的改变。对特性阻抗的绝对值的特定的改变可以通过适当的设计器件而得到。例如，在所引用的国际专利申请中，随着电容的微小改变，电感比1∶2也发生改变，从而导致阻抗约为1∶2≈1.4，它不能满足很多应用。然而，在特殊的具有上述窗口的微波器件的结构中，通过适当设计，可已获得特性阻抗的相对比较大的改变。

在图2所示的平板微波微带线元件中，采用具有电传导接地层3的绝缘基底1，在其底部表面设置如Cu、Ag和Au之类的金属层，接地层作为连续层基本上覆盖了底部表面的所有地方。在顶部表面上，具有形成有图案的导电层5。在第一种情况下，形成有图案的导电层是超导体，在第二种情况下，该层由普通导电材料如与底层相同的金属制成，即由铜、银或金制成。图案层5形成用于微波传输的传输或传播通道，如箭头7所示的方向。图案层5具有具有确定传输方向的均匀宽度W_i的主干道9。另外，它还具有分支微带11，每条都具有均匀的宽度，并与主干道平行延伸，一条分支微带11位于主干道的一侧，另一条分支微带位于主干道9的另一侧。分支微带11最好相对于主干道9的中心线对称设置。分支微带11通过图案层上的窗口13与主干道分离，该窗口因此也是带状的，并具有均匀的宽度。分支微带的外边缘与相对的分支微带的外边缘之间的距离是W₀，该距离也是在分支微带进行电磁波导引时波导的有效宽度。

窗口13具有长度b，它们的端部被由主干道9向分支微带11延伸的横向跨接部分15封闭。分支微带在其位于相对于跨接部分15的中央的中央部分具有场或以特殊方式或特殊材料制成的空隙区域17。特殊区域17在第一种情况下构成约瑟夫森连接或超导弱连接，在第二情况下包括有光导材料。

在第一种情况下，局部化的磁场可以通过在区域内传导电流以形成超导电流环路，而产生于特殊区域17中，在图2中用装置19表示。电流可以由通过电阻R和开关23连接到装置19上的电源21产生，开关由某种监督或信号控制电路控制，在本图中未示出。特殊区域17内的约瑟夫森连接或超导弱连接由该电流和从而由监督或控制电路控制以处于通常状态或超导状态。可以采用控制特殊区域的温度的的方法代替用超导电流环路进行控制的方法，那么，装置19将会是一种例如是耐热元件。

在第二种情况下，诸如是适当的半导体激光器的光源25，位于向由光导材料制成的特殊区域17发射光线的位置，如图3所示。光源25连接到某个监督或信号控制电路，并被其控制，在本图中，未示出。当光源25被激发时，它将使各分支微带11的端部彼此电连接，使带形成邻近的连续的电通路，而当它没有被激发时，分支微带11将在特殊区域17电中断。

电磁波或微波可以沿图2和3所示的传输线结构进行传输。当特殊区域17执行电中断时，由于微波影响结构内的AC电流被限制在中心带9的宽度W_i内。当特殊区域执行电连接时，源自微波的AC电流的大部分将由于集肤效应转而在分支微带11内流动，分支微带的外边缘的距离为W₀。假如微波微带线5离地平面3的高度被固定，微波微带线的单位长度的电感将主要由电线的总宽度W决定，如约与宽度W成反比，即约与1/W成正比。因此，通过改变空隙区域17的状态，以使分支微带连续或中断，微波带线的电感也将发生改变。此外，假如传输线5离地平面3的高度相对于基底1的绝缘材料被固定，传输线单位长度的电容C将改变，电容量约与传输线的宽度W成正比。因此，传输线的特性阻抗可以通过改变电线的有效宽度W而改变，如上述的在特殊区域17内产生电中断

由于微波的能量沿上述平板结构传输，该结构可以用于通过改变特性阻抗调整微波，该特性阻抗随结构的有效宽度的不同而次序改变，就如同被监督或信号控制电路控制一样。另外，由于控制信号的能量需要改变，因此在特殊区域17内的如约瑟夫森连接或超导弱连接的状态将比沿结构传输的微波的电能小得多，结构将具有与晶体管相同的放大功能。

图2所示的结构通常具有多条对称设置在中心带两侧的带，如图4所示。每条分支微带11将具有特殊或中断区域17，每对被同时控制的对称设置的分支微带的特殊区域17处于导电、非导电或高阻状态。

Claims (4)

1、一种包括有用于微波的具有不同传输特性的平板传输线的装置，其特征在于，具有中心微带传输线和由导电材料制成的分支微带，分支微带通过窗口与中心微带线分离，该窗口在中心微带线的纵向通过将中心微带线和分支微带电连接的跨接区域而被封闭，每条分支微带具有位于跨接区域之间的中断区域，中断区域可以在导电状态和基本上非导电状态或高阻状态之间进行切换。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，导电材料是超导材料，中断区域包括有约瑟夫森连接或超导弱连接。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，中断区域包括有光导材料。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，中断区域通过与控制电路连接的控制装置，具有放大或调制功能。

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