DE69427849T2 - Gruppenantenne und deren Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit nichtlinearen Elementen, die bei einer Temperatur aktiv sind, die niedriger oder gleich der Temperatur von flüssigem Stickstoff in entsprechenden Einheitselementen ist, und die Frequenzumwandlungsmittel (Frequenzmischen) aufweist, die in Form einer Anordnung vorgesehen sind.
• Strebt man die Verwendung eines Supraleiters in elektronischen Bauelementen an, ist es wichtig, die geringe Leitfähigkeit des Supraleiters effektiv zu nutzen. Selbst bei einem Supraleiter, der einen Gleichstromwiderstand von Null aufweist, oder bei dem Supraleiter, der einen geringeren Widerstand im Vergleich zum normalen Leiter aufweist, ist ein Hochfrequenzwiderstand nicht immer besser als bei dem normalen Leiter. Das liegt daran, dass der Hochfrequenzwiderstand des normalen Leiters proportional der halben Potenz der Frequenz ist, während der Hochfrequenzwiderstand des Supraleiters proportional dem Quadrat der Frequenz ist. Im hochfrequenten Bereich, insbesondere in einem Frequenzbereich, der mehreren Zehnereinheiten GHz entspricht oder höher als dieser ist, wird der Widerstand eines supraleitenden Übertragungswegs groß, so dass einige Maßnahmen beim Schaltungsaufbau erforderlich sind. (siehe Piel et al., "High Temperature Superconductors in High Frequency Fields- Fundamentals and Applications", Proceeding of the 4th International Symposium on Superconductivity, Oktober, 1991, Tokyo, S. 925). Im Beispiel einer Antenne mit Fleckenanordnung wird für eine durch die Antenne empfangene elektromagnetische Welle eine schmale aber lange Signalübertragungsleitung (anschließend als Zuleitung angegeben) genutzt, um eine elektromagnetische Welle zu einem signalerfassenden Teilstück im Fall der Antenne mit Fleckenanordnung zu übertragen, in der Flecke, die in der Antenne mit Fleckenanordnung als Antennenelemente dienen, angeordnet sind. Von Natur aus ist die Gesamtlänge des Zuleitungsteils proportional der Anzahl der in der Anordnung vorgesehenen Flecken, was den Widerstandsverlust im Zuleitungsteil erhöht. Deshalb wird die Intensität des Signals an dem signalerfassenden Teilstück nicht im Verhältnis zur erhöhten Fleckanzahl gesteigert, um den Effekt der Form einer Gruppenanordnung der Flecke zu senken. Deshalb gibt es mehrere Vorschläge, um das von der Antenne empfangene Signal in das signalerfassende Teilstück bei Aufrechterhaltung einer ausreichenden Intensität des Signals einzugeben. In den Entwürfen wurde die Zwischenschaltung eines Halbleiter-Verstärkers an der Zwischenstelle der Zuleitung oder die Ausbildung des Zuleitungsteils eines Supraleiters oder eines Glasfaserkabels mit geringerem Widerstand vorgeschlagen.
• Zum Beispiel schlägt A. Balasubramaniyan et al. in "An Eight MOSFET Periodic Spatial Power Combiner", 1993 IEEE MTT-S Digest, S. 881 den Aufbau einer Zuleitung vor, in dem acht Halbleiter-Verstärker vorgesehen sind. Andererseits wurde von Lewis et al. in "Performance of TlCaBaCuO 30 Ghz Element Antenna Array", IEEE Transaction on Applied Superconductivity, Bd. 3, März, 1993, S. 2844, die Anwendung des Supraleiters im Zuleitungsteil vorgeschlagen. Außerdem schlagen Banerjee et al. in "An X-Band Phased Array Microwave/ Photonic Beamforming Network", IEEE MTT-S Digest, 5. 505 eine Anwendung des Lichtleiterkabels in der Zuleitung vor.
• Es ist jedoch mit Ausnahme des Supraleiters technisch schwierig oder sogar unmöglich, mehrere Zehnereinheiten oder mehrere Hundertereinheiten von Halbleiter-Verstärkern innerhalb einer Antennenanordnung zu bilden. Andererseits wird, wie oben dargelegt, in dem hohen Frequenzbereich wie im Bereich von Mikrowellen der Widerstand des Supraleiters im wesentlichen gleich oder sogar höher als der des normalen Leiters, so dass der Nutzen einer Anwendung des Supraleiters in der Zuleitung verlorengeht.
• Eine weitere genaue Erörterung zur Anwendung der von Lewis et al. vorgeschlagenen supraleitenden Zuleitung, wie sie oben dargelegt wurde, wird nachstehend vorgenommen.
• Auf einem LaAlO&sub3; Substrat von 2 Inches wird eine hochwarmfeste, supraleitende Schicht aus TlCaBaCuO Oxid gebildet, und anschließend werden die Fleckteile und Zuleitungen strukturiert. Auf der Oberfläche der Rückseite des Substrats wird eine Massefläche aus Gold (Au) gebildet. In einem 8 * 8 Muster sind 64 Steckverbindungen mit einem Element angeordnet, das in einem Abstand von im wesentlichen der halben Länge der Freiraumwelle positioniert ist. Eine Summierung der Leistung wird an einem Punkt mit gleichem Abstand an den Zuleitungen der beiden Flecken vorgenommen. Die summierte Leistung ist wiederum Gegenstand einer Summierung der Leistung in der Zuleitung an einem Punkt mit gleichem Abstand von den leistungssummierenden Punkten. Durch eine insgesamt sechsmalige Wiederholung der Summierung der Leistung kann die von allen Flecken aufgenommene gesamte Leistung in einer Zuleitung konzentriert werden. Vorausgesetzt, dass die Abmessung des einzelnen Flecks 1,35 mm * 0,9 mm beträgt, wird die Leistungsfähigkeit der Antenne mit Fleckenanordnung bei 31 GHz maximal. Zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit in diesem Frequenzbereich und um zu erreichen, dass die Antenne mit Fleckenanordnung einen höheren Frequenzbereich abdeckt, muß der Verlust im Supraleiter reduziert werden.
• Die Druckschrift US-A-5 105 200 offenbart gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 eine Antennenanordnung, die einen Supraleiter aufweist, der direkt mit den supraleitenden Zuleitungen verbunden ist. Darüber hinaus ist das Verfahren zur Herstellung einer solchen supraleitenden Antennenanordnung offenbart, welches das Aufbringen von supraleitenden Schichten zum Beispiel durch Ionenschwarmstrahl-Verfahren umfasst.
• Die Druckschrift GB-A-2 223 130 offenbart eine nicht-supraleitende Antennenanordnung, in der jeder Antennenfleck mit einem nichtlinearen Element verbunden ist.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Bauelements, das es möglich macht, Vorteil aus dem geringen Widerstand von supraleitenden Materialien in Zufuhrnetzwerken für Fleck-Antennen zu erhalten, die für sehr hohe Frequenzen genutzt werden, indem die hohe Frequenz in eine niedrigere Frequenz unmittelbar an der Antenne umgewandelt wird.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Technologie, die es ermöglicht, die Eigenschaften einer hochintegrierten Antennenanordnung zu verbessern, indem die Leistungsfähigkeit der Unterbringung der supraleitenden Zuleitung mit hoher Packungsdichte genutzt wird.
• Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antennenanordnung zur Verfügung zu stellen.
• Diese Aufgaben werden durch eine Antennenanordnung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, bzw. durch ein Verfahren, wie es im Anspruch 6 definiert ist, erfüllt.
• Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung umfassender verständlich, die jedoch nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend sondern nur zur Erläuterung und zum Verständnis angesehen werden sollten.
• In den Zeichnungen zeigen
• Fig. 1 bis Fig. 1D Schnitte, die entsprechende Schritte im Herstellungsverfahren des bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
• Fig. 2 eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts des Supraleiters im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Antennenanordnung nach der Erfindung darstellt;
• Fig. 3 eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Einheitsteils des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Antennenanordnung darstellt;
• Fig. 4 eine Draufsicht, die das Beispiel einer Einheit darstellt, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus vier zusammengehörigen Gruppen der Antennenanordnung besteht;
• Fig. 5 eine schematische und konzeptionelle Darstellung, die ein Beispiel des Falles einer Messung der Antennenanordnung veranschaulicht;
• Fig. 6 eine Darstellung, die Frequenzübertragungseigenschaften und Charakteristiken der Vorspannung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Antennenanordnung veranschaulicht; und
• Fig. 7 eine Darstellung, die den konzeptionellen Aufbau einer Anwendung einer Misch-Antennenanordnung darstellt, zu der die vorliegende Erfindung gehört.
• Die vorliegenden Erfindung wird anschließend unter dem Aspekt der bevorzugten Ausführungsbeispiele ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erörtert. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein durchgängiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu bewirken. Es wird den Fachleuten jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Einzelheiten angewendet werden kann. Mit anderen Worten, bekannte Strukturen werden nicht ausführlich dargestellt, um die vorliegende Erfindung nicht unnötigerweise unverständlich zu machen.
• Die Fig. 1A bis Fig. 1D sind Schnitte, die jeweilige Schritte im Herstellungsverfahren des bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
• Im Herstellungsverfahren des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Antennenanordnung wird eine Goldschicht 2 mit einer Dicke von ungefähr 100 nm auf der gesamten Hauptfläche eines MgO (100) Substrates 1 durch Vakuumaufdampfungsverfahren gebildet wie es in Fig. 1A gezeigt wird. Anschließend wird das Substrat 1 in eine Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB) gesetzt, um einen bei 30 KeV beschleunigten Ga&spplus; Ionenstrahl auf Positionen abzustrahlen, die Grenzschichten bilden wie es in Fig. 1B gezeigt wird. Der Durchmesser des abgestrahlten Ionenstrahls beträgt 50 nm. Zu diesem Zeitpunkt wird der Strom des Ionenstrahls in einem Bereich von 1 pA bis 60 nA gesteuert, um auf dem MgO Substrat 1 mit Ga bestrahlte Bereiche (implantierte Schicht) 3 zu bilden.
• Nachfolgend wird die Goldschicht 2 gemäß Fig. 1C von der gesamten Oberfläche des Substrats 1 entfernt. Zum Entfernen der Goldschicht können verschiedene Verfahren genutzt werden. Das bevorzugte Verfahren würde jedoch Ar&spplus;-Ionenätzen bei 450 eV oder ein Nassätzverfahren mit einer Lösung von 2,6 Gew.-% von KI und 0,65 Gew.-% von I sein, um das Substrat weniger zu beeinflussen.
• Anschließend wird eine YBaCuO-Schicht 4 (nachstehend als "YBCO" angegeben) gemäß Fig. 1D durch Auftragung mit einem Impulslaser in einer Dicke von 300 nm über die gesamte Fläche des Substrats aufgebracht. Die YBCO-Schicht 4 auf dem bestrahlten Bereich 3 wird ein modifizierter Bereich, der als normaler Leiterbereich 5 dient.
• Nachfolgend wird die YBCO-Schicht 4 gemäß Fig. 2 über dem mit Ga bestrahlten Bereich 3 zur Bildung eines Verdrahtungsmusters von 5 um Breite und 30 um Länge strukturiert. Die Länge von 30 um des Verdrahtungsmusters dient als nichtlineares Element 4a (im folgenden auch nichtlinearer Frequenzgang-Abschnitt genannt, siehe Fig. 3). Das eine Ende des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts 4a ist an ein Zuleitung-Verdrahtungsmuster 4b aus einer oxidischen, supraleitenden, dünnen Schicht (nachstehend einfach als "Zuleitung-Verdrahtungsmuster" angegeben) angeschlossen, und das andere Ende ist mit einem Antennenfleck 4c verbunden.
• Die Einzelheit des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts 4a des Verdrahtungsmusters in den Abmessungen von 5 um Breite und 30 um Länge ist in Fig. 2 gezeigt.
• Fig. 2 stellt die Draufsicht und Seitenansicht im Schnitt des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts in dem Fall dar, dass sechs Ga&spplus;-Ionenstrahlen von 50 nm Strahldurchmesser mit jeweiligen dazwischen liegenden Intervallen von 2 um abgestrahlt werden.
• Fig. 3 zeigt ein Beispiel von einer Einheit des bevorzugten Ausführungsbeispiels der durch das vorhergehende Verfahren hergestellten Antennenanordnung. Während die Abmessungen des Antennenflecks 4c in Abhängigkeit von der dielektrischen Konstanten des Substrats 1 und dessen Resonanzfrequenz festgelegt sind, wird im dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das MgO-Substrat 1 eine Dicke von 0,5 mm Dicke und die dielektrische Konstante von 9,7 besitzt, und wenn die Resonanzfrequenz 23 GHz beträgt, in der Fig. 3 die bevorzugte Abmessung des Flecks 1,9 mm * 2,8 mm. In der Mitte der Fleck-Antenne 4 wird die Impedanz im wesentlichen Null und in der Mitte der unteren Kante, wenn der Fleck eine rechteckige Ausführung ohne Ausschnitt aufweist, wird die Impedanz mehrere kΩ.
• Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Antennenfleck 4c auch aus einer oxidischen, supraleitenden YBCO-Schicht gebildet. Eine dünne Vorspannungsleitung 4d ist an der Seite gegenüber dem Teil vorgesehen, wo der Antennenfleck 4c mit dem nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt 4a verbunden ist, um eine Gleichstrom-Vorspannung auf den nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt zu geben. Es sollte angemerkt werden, dass auf der gesamten Oberfläche der Rückseite des Substrats 1 eine dünne Goldschicht 2 mit einer Dicke von 3 um ausgebildet ist.
• Die Impedanz des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts 4a, der oben in Bezug auf das gezeigte Ausführungsbeispiel dargelegt wurde, liegt in der Größenordnung von Null Ω bis zu mehreren Hundertereinheiten Ω, wobei der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt verwirklicht werden kann, indem der Wert von L passend eingestellt wird.
• Fig. 4 zeigt ein Beispiel der Antennenanordnung, in der vier Einheiten von Antennenflecken 4c angeordnet sind. Zur Herstellung einer externen Verbindung mit dem normalen 50Ω System, ist die Impedanz an dem Teilstück D des Zuleitung- Verdrahtungsmusters 4b mit 50Ω ausgelegt. Am Summierpunkt B, an dem die beiden Signale eingeleitet werden, ist jedoch das Zuleitung-Verdrahtungsmuster in zwei Antennenflecke 4c verzweigt.
• Deshalb wird hinsichtlich einer Impedanzanpassung die Impedanz der Antennenseite auf 100Ω und die andere Seite (Seite neben dem Teilstück D) auf 50Ω eingestellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Zuleitung-Verdrahtungsmuster, das die Impedanz von 100Ω liefert, eine Breite von ungefähr 80 um, wobei das die Impedanz von 50Ω erzeugende Verdrahtungsmuster der Zuleitung eine Breite von ungefähr 500 um aufweist.
• Der Grund, weshalb der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt 4a an dem Teilstück A vorgesehen ist, wird mit Bezug auf Fig. 4 erörtert werden. Wenn der nichtlineare Frequenzgang- Abschnitt 4a an dem Teilstück B vorgesehen ist, muß das von dem Antennenfleck 4c empfangene hochfrequente Signal das Zuleitungs-Verdrahtungsmuster mit hoher Impedanz (100Ω) von etwa 80 um Breite von dem Teilstück A zu dem Teilstück B durchlaufen. In einem solchen Fall sollte das hochfrequente Signal an dem Teilstück A in ein niederfrequentes Signal umgewandelt und anschließend zu dem Teilstück B übertragen werden, um es durch den nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt hindurchzuleiten. Dies bewirkt einen größeren Widerstandsverlust als in dem Fall, wo der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt in dem Teilstück A vorgesehen ist. Andererseits würde, wenn der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt 4a im Teilstück C oder D vorgesehen wäre, ein für den nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt spezifisches Problem zusätzlich zu dem Problem auftreten, das durch einen größeren Widerstandsverlust bei der hohen Frequenz als der bei der niedrigen Frequenz verursacht wird. Das heißt, dass der Wirkungsgrad des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts bei ganz kleiner hochfrequenter Leistung gesenkt werden kann. Im Vergleich zum Teilstück A wird nämlich an dem Teilstück C eine etwa zweimal größere Leistung konzentriert, wobei an dem Teilstück D eine viermal größere Leistung konzentriert wird. Das bedeutet, dass einer höheren Leistungsgröße an den Teilstücken C und D der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt 4a für die an der Fleck-Antenne empfangenen Leistung empfindlicher wird und möglicherweise so den Wirkungsgrad des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts bei einer geringeren Höhe des hochfrequenten Signals, das von det Fleck-Antenne empfangen wird, senkt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann durch die Antenne eine größere hochfrequente Leistung empfangen werden, da jeder der nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitte 4a in jedem der entsprechenden Antennenflecke 4c einbezogen ist.
• Andererseits sind Gleichstrom-Vorspannungsleitungen 4d gemäß Fig. 4 vorgesehen, die aus dem Substrat von jeweiligen Antennenflecken 4c herausgezogen werden, wobei jede der Gleichstrom-Vorspannungsleitungen die Gleichstrom-Vorspannung unabhängig voneinander zur Verfügung stellt. Mit dieser Ausführung können der Wirkungsgrad der Umformung und die Phasenänderung des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts 4a durch die Gleichstrom-Vorspannung unabhängig voneinander gesteuert werden. Daher kann eine Funktion wie die als phasengesteuerte Antenne und so weiter leicht bereitgestellt werden.
• Um den Strom für den nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt 4a der Fig. 3 und Fig. 4 vorzuspannen, wird Strom von der Gleichstrom-Vorspannungsleitung 4d und der Zuleitung 4b zugeführt. Als ein Verfahren zur Eingabe des LO-Signals gibt es ein Einleitverfahren zum Eingeben des LO-Signals von der Fleck-Antenne 4 oder dem Zuleitung-Verdrahtungsmuster 4b. Ein Verfahren zum Eingeben des LO-Signals vom Antennenfleck 4c ist in Fig. 5 dargestellt.
• Fig. 5 zeigt schematisch die Struktur des Ausführungsbeispiels einer Meßausrüstung zur Bewertung der Charakteristiken einer Frequenzmisch-Antennenanordnung. In Fig. 5 werden ein 23 GHz RF-Signal 11 und ein 22 GHz LO-Signal 12 (lokale Schwingung) von einem einzelnen Hornstrahler 13 übertragen und auf eine Frequenzmisch-Antennenanordnung 15 abgestrahlt, die innerhalb eines Kühlschranks 14 angebracht ist. Im Kühlschrank 14 ist ein Quarzfenster 16 vorgesehen, so dass das RF-Signal 11 und das LO-Signal 12 auf die Frequenzmisch-Antennenanordnung 15 abgestrahlt werden können, selbst wenn die Antenne in dem luftverdünnten, wärmeisolierten Raum angeordnet ist. Eine Differenzfrequenz zwischen dem RF-Signal 11 und dem LO-Signal 12 wird Zwischenfrequenz (IF) genannt und beträgt in dem gezeigten Fall 1 GHz.
• Nachdem das IF-Signal 17 die Zuleitung der Frequenzmisch- Antennenanordnung 15 durchlaufen hat, wird es aus dem Kühlschrank 14 nach außen gesendet. Zusätzlich ist auch ein Stromanschluß 18 Vorgesehen, um eine Gleichstrom-Vorspannung für den nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt der Frequenzmischantenne zur Verfügung zu stellen.
• Fig. 6 zeigt ein Beispiel, in dem ein in Fig. 3 dargestellter Antennenfleck 4c durch die Meßausrüstung von Fig. 5 gemessen wird. Der Abstand zwischen dem Hornstrahler 13 und der Frequenzmisch-Antennenanordnung betrug ungefähr 10 cm. Die Temperatur des supraleitenden, nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts 4a betrug ungefähr 33K. Durch das Ausgangssignal des Hornstrahlers wurde ein IF-Signalausgang von -80 dBm bei einem RF-Signal 11 von -40dBm und dem LO-Signal 12 von -30 dBm erzielt. In Fig. 6 stellt die vertikale Achse den IF-Signalausgang und die horizontale Achse die Vorspannung dar, die an den nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt 4a angelegt wird. Selbst wenn mehr als oder gleich -20 dBm Leistung für das RF-Signal 11 und das LO-Signal 12 vorgesehen sind, bei Annahme, dass die Ausgangsleistung des Hornstrahlers größer oder gleich -20 dBm sowohl für das RF-Signal 11 als auch das LO-Signal 12 ist, wurde keine Erhöhung des IF-Signals beobachtet.
• Wie im oben dargelegten Beispiel besitzt der supraleitende, nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt im allgemeinen die Eigenschaft, eine Abnahme der Leistungsfähigkeit bei der Leistung zu verursachen, die höher oder gleich der RF-Leistung ist, was trotz einer Erhöhung des RF-Signals keine Erhöhung des IF-Signals bewirkt. Infolgedessen weist der Stand der Technik, der den supraleitenden, nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt 4a an dem Teilstück C oder D von Fig. 4 vorsieht, eine geringere Leistungsfähigkeit auf als der der vorliegenden Erfindung hinsichtlich des Bereiches der zu verarbeitenden RF-Leistung.
• Die Anordnung des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts 4a am Teilstück A (siehe Fig. 4) in der Nähe der Fleck-Antenne bei hohem Frequenzbereich, der im Stand der Technik nicht erreicht werden kann, wird durch ein neuartiges Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt.
• Normalerweise wird der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt durch ein GaAs-Halbleiterelement und so weiter gebildet und erfordert eine funktionale Verbindung des Halbleiterelements in Hybridform. Eine Verbindung, die eine Genauigkeit in der Größenordnung von Mikrometern aufweist, ist für die Antennenanordnung für Hochfrequenz praktisch nicht positioniert, was eine hohe Packungsdichte erfordert. Selbst in der Festkörperstruktur, bei welcher der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt gleichzeitig mit der Zuleitung gebildet wird, ist es bei der Herstellung technisch nicht möglich gewesen, das Halbleiterelement für nichtlineare Reaktion in Mikrometergröße, das mit der Frequenz von mehreren Zehnereinheiten GHz betrieben wird, in Form einer Anordnung zu packen. Deshalb werden im Stand der Technik die Teilstücke C und D (siehe Fig. 4) oder das weiter stromabwärts befindliche Teilstück, an dem weiter Leistung konzentriert ist, bei geringerer Anzahl von nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitten im Vergleich zur Anzahl der Antennenflecken, benötigt und es kann ein verhältnismäßig breiter Bereich zur Installierung vorgesehen werden.
• Wie oben dargelegt, kann nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens der Antennenanordnung, wie es in Bezug auf das in den Fig. 1A bis 1D dargestellte Verfahren erörtert wurde, der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt 4a am Teilstück A (Fig. 4) in der Nähe des Antennenflecks 4c vorgesehen werden. Mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können sechs SNS Grenzschichten in einer Abmessung von zum Beispiel 5 um * 30 um leicht hergestellt werden. Im Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung kann durch Anwendung eines fokussierten Ionenstrahls die Festkörperstruktur der Antenne und der Zuleitung mit hoher Genauigkeit sowohl in Größe als auch Position in einem weiter kleineren Bereich hergestellt werden. Dies leistet definitiv einen Beitrag zur weiteren Erhöhung der Packungsdichte.
• Mit der Antennenanordnung nach der vorliegenden Erfindung wird das von der Antennenseite eingegebene Signal einer elektromagnetischen Welle in eine niedrigere Frequenz über dem nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt umgewandelt, und die gesenkte Frequenz des Signals der elektromagnetischen Welle wird durch das Zuleitung-Verdrahtungsmuster mit oxidischer, supraleitender Schicht übertragen.
• Deshalb kann die Impedanzanpassung zwischen dem Antennenteil und dem nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt eingerichtet werden, ohne dass eine spezielle Impedanzschaltung erforderlich ist, um die Verwendung eines Bereiches mit im wesentlichen geringem Verlust zuzulassen. Deshalb kann die Supraleiter-Antenne für höherfrequente, elektromagnetische Wellen verwendet werden.
• Außerdem kann eine weitere empfindliche Mehrfachfunktion erreicht werden, da das jeweilige Einzelelement der Antennenanordnung eine Amplitudenphase des Signals unterdrücken kann.
• Es soll angemerkt werden, dass, während als Kristallsubstrat in dem oben dargelegten Ausführungsbeispiel MgO verwendet wurde, das Material zur Bildung des Substrats nicht auf MgO beschränkt sein sollte, sondern SrTiO&sub3;, NdGaO&sub3;, LaALO&sub3;, LaGaO&sub2; und so weiter sein kann sowie darüber hinaus der Mischkristall davon. Während die YBCO-Schicht auf dem Substrat 1 gebildet ist, um den Antennenfleck und die Zuleitung auf der gemeinsamen Ebene zu bilden, indem die YBCO-Schicht als Signalübertragungsleitung genutzt wird, sollte auch klar sein, den Antennenteil als laminierte Struktur des Supraleiters und normalen Leiters oder als normalen Leiter allein zu bilden.
• Wenn es möglich ist, die hochfrequente Leistung jeweils pro einzelner Antenne zu reduzieren, indem die eine hohe Packdichte aufweisende Antenne mit einer höheren Packdichte gepackt wird, sollte Fachleuten klar werden, den nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt in einer Position auf der Zuleitung innerhalb eines Bereiches in einigem Abstand anzuordnen, wo die Impedanzanpassung vorgenommen werden kann.
• Während das Ausführungsbeispiel erörtert worden ist, bei dem der Antennenfleck und die Zuleitung auf der gleichen Ebene ausgebildet sind, ist es möglich, dass der Hauptteil der Antennenanordnung, wie in Fig. 7 veranschaulicht, ausgeführt ist. Die in Fig. 7 dargestellte Struktur ist auch eine eindeutige Anwendung der vorliegenden Erfindung insoweit wie eine Verringerung der hochfrequenten Leistung erzielt und die Position des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts 4a bestimmt wird hinsichtlich einer Einrichtung der Impedanzanpassung zwischen Antennenfleck und nichtlinearem Frequenzgang-Abschnitt. In der Ausführung von Fig. 7 ist nämlich ein aus dem Supraleiter oder dem normalen Leiter bestehende zweite Struktur 21, die den Abschnitt des Musters des Antennenflecks 4c bedeckt, vorgesehen. Die zweite Struktur 21 ist mit der Antenne 4c über Kopplung durch elektromagnetisches Feld verbunden, so dass die zweite Struktur 21 als Antenne dienen kann. Das Antennenmuster 4c kann dann als Teil der Zuleitung dienen. Ersichtlich ist, dass der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt in der unteren Schicht zu der zweiten Struktur 21 eine Hochfrequenz-Reaktionsschaltung ist, wobei die zweite Struktur, das als Teil der unteren Schicht der Zuleitung betrachtete Antennenmuster 4c sowie der nichtlineare Frequenzgang-Abschnitt 4a die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung bildet. Die in Fig. 7 gezeigte Ausführung kann nämlich als die Struktur bezeichnet werden, der das Muster, das eine stärkere elektromagnetische Feldkopplung besitzt, für die Struktur der vorliegenden Erfindung hinzugefügt wird.
• Wie oben dargelegt ist, wird nach der vorliegenden Erfindung das Verdrahtungsmuster aus supraleitender Schicht auf der gemeinsamen Ebene zur Hauptbezugsebene gebildet, und das nichtlineare Reaktionselement ist in dem Verdrahtungsmuster so vorgesehen, dass das Antennenmuster zum Abgeben und Aufnehmen eines hochfrequenten, elektromagnetischen Feldes an dessen eines Ende und das Muster des Signalübertragungswegs an das andere Ende angeschlossen wird, um eine Einheit zu bilden. Durch Verbindung von mehreren Einheiten durch eine Vielzahl von Signalübertragungsmustern kann das von der Antennenseite eingegebene hochfrequente Signal der elektromagnetischen Welle in eine elektromagnetische Welle mit niedrigerer Frequenz über dem nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt umgeformt werden, so dass die niedrigere Frequenz der elektromagnetischen Welle durch die Zuleitung aus oxidischer, supraleitender Schicht übertragen wird, wodurch eine Impedanzanpassung zwischen dem Antennenteil und dem nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitt eingerichtet werden kann, ohne dass eine spezielle Impedanzschaltung erforderlich ist. Deshalb kann der Supraleiter in dem Frequenzbereich verwendet werden, in dem der Widerstandsverlust bei Übertragung durch ihn hindurch im wesentlichen klein ist. Mit der oben dargelegten Ausführung kann die Antennenanordnung eine größere Leistung eines hochfrequenten Signals verarbeiten, um eine Verwendung der supraleitenden Antenne für eine hochfrequente elektromagnetische Welle zu ermöglichen.
• Außerdem kann eine empfindliche Mehrfachfunktion erzielt werden, da die Phase und die Amplitude des Signals durch ein entsprechendes der Bauteile der Antennenanordnung gesteuert werden können.
• Nach dem Herstellungsverfahren des nichtlinearen Frequenzgang-Abschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch das Antennenmuster und das Anschlußmuster zur Stromeinbringung gebildet werden, indem eine Schutzschicht in dem Bereich aufgebracht wird, wo das nichtlineare Element oder die nichtlineare Elementgruppe gebildet ist, indem die bestrahlten Bereiche durch Abstrahlen des fokussierten Ionenstrahls auf das Substrat ausgebildet werden, der oxidische Supraleiter auf das Substrat aufgebracht wird, das nichtlineare Element durch den modifizierten Bereich und die nicht modifizierten supraleitenden Bereiche auf beiden Seiten des modifizierten Bereichs, von denen einer die Signalübertragungsleitung bildet, ausgebildet werden und die Metallschicht auf dem Verdrahtungsmuster aus oxidischer, supraleitender Schicht des anderen, nicht modifizierten Supraleiters am anderen Ende ausgebildet ist, um das Antennenmuster und das Anschlußmuster der Stromeinbringung zu bilden, indem die Metallschicht strukturiert wird. Deshalb kann die Antennenanordnung, die durch Unterbringung mit hoher Packungsdichte von hochintegrierten Mikroantennen gebildet ist, um die hochfrequente Leistung jeweils pro einzelne Antenne zu reduzieren, leicht hergestellt werden. Außerdem trägt das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Unterbringung mit hoher Packungsdichte bei.

Claims (6)

1. Antennenanordnung mit

einem Substrat (1),

einer Anzahl von Einheitsverdrahtungsmustern, von denen jedes aus einem supraleitenden Film (4) besteht, der auf einer gemeinsamen Ebene zu einer Hauptebene des Substrats ausgebildet ist, und

einer Anzahl von Antennenmustern (4c) zum Abstrahlen und Absorbieren eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, wobei jedes der Einheitsverdrahtungsmuster mit einem Signaldetektormittel über eine Anzahl von Signalübermittlungswegmustern verbunden ist, gekennzeichnet durch ein nichtlineares Element (4a), das innerhalb jedes der Einheitsverdrahtungsmuster ausgebildet ist, wobei das nichtlineare Element (4a) mit einem Antennenmuster an einem Ende und mit einem Signalübermittlungswegmuster (4b) am anderen Ende verbunden ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß des nichtlinearen Elementes (4a) mit einem Teil des Antennenmusters (4c) verbunden ist, das eine Impedanz nahe der Impedanz des nichtlinearen Elementes aufweist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Element eine Gruppe von nichtlinearen Bereichen (3) aufweist, die in Reihe geschaltet sind.

4. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromeinbringanschluß (4d) in dem Einheitsverdrahtungsmuster vorgesehen ist und das nichtlineare Element (4a) als Frequenzumwandlungsmittel dient.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrahtungsmuster aus supraleitendem Film aus Oxidsupraleiter ausgebildet ist, der aus einer YBaCuO-Verbindung besteht.

6. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Mischantennenanordnung mit einem nichtlinearen supraleitenden Element mit den Schritten:

Abscheiden einer Schutzschicht (2) auf einem Substrat (1) in dem Bereich, in dem das nichtlineare Element (4a) auszubilden ist,

Fokussieren eines Ionenstrahls auf ausgewählten Flächen (3) des geschützten Substrats, in denen das nichtlineare Element (4a) auszubilden ist,

Entfernen der Schutzschicht (2),

Abscheiden eines supraleitenden Oxidfilms auf sowohl den bestrahlten als auf den nicht bestrahlten Bereichen des Substrats (1) zur Ausbildung modifizierter supraleitender Filmbereiche (5) bzw. unmodifizierter supraleitender Bereiche (4),

Strukturieren einer Fläche, die die modifizierten supraleitenden Filmbereiche umgibt, zur Ausbildung des nichtlinearen Elementes (4a), und

Strukturieren der unmodifizierten supraleitenden Bereiche zur Ausbildung von Antennenflecken und eines Zufuhrnetzwerks.