MXPA01002713A - Dispositivos de filtro y resonador de superconduccion, y metodos para fabricar los mismos.. - Google Patents

Dispositivos de filtro y resonador de superconduccion, y metodos para fabricar los mismos..

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Abstract

Los dispositivos de filtro y resonador electromagneticos estan formados sobre un substrato que tiene costados opuestos. Una capa de superconduccion en un primer costado esta configurada en forma de un espiral auto resonante. Estructuras de acoplamiento de entrada y salida, tales como espirales o rizos inductivos, estan formados sobre el costado opuesto del substrato. Dispositivos de filtro de multiples polos estan formados con varios elementos resonantes, sostenidos de modo comun, dispuestos en una relacion Cooperativa sobre el primer costado de un substrato. Tambien pueden utilizarse elementos resonantes plurales para formar filtros de canalizacion con multiples salidas.

Description

DISPOSITIVOS DE FILTRO Y RESONADOR DE SUPERCONDUCCION, Y MÉTODOS PARA FABRICAR LOS MISMOS Campo de la Invención Esta invención se refiere a dispositivos de resonador y filtro de radio-frecuencia, y más particularmente, a tales dispositivos formados con un material superconductor. Antecedentes de la Invención Desde su descubrimiento, los materiales superconductores de alta temperatura (HTS) han sido considerados para su uso como resonadores y filtros de película delgada, tales como estructuras de micro cinta o de cavidad en el rango de frecuencia GHz en aplicaciones de comunicación por microondas. El uso de materiales HTS para tales dispositivos promete altos valores de factor de calidad debido a la baja pérdida eléctrica. Esta ventaja se aplicaría también a frecuencias más bajas, pero los diseños convencionales de un cuarto de longitud de onda conectados en paralelo comúnmente utilizados a frecuencias de microondas da como resultado dimensiones del dispositivo prohibitivamente grandes en el rango MHZ . Una forma para realizar resonadores y filtros en el rango MHZ de dimensiones prácticas es el acceso de un elemento concentrado, utilizando elementos separados de inductor y capacitor. Una estructura tal, consiste de un espiral de doble giro con un capacitor inter digital entre las vueltas. Otra tiene dos espirales y dos anillos capacitivamente acoplados separados mediante una capa dieléctrica. Una tercera incluye espirales auto-resonantes. Sin embargo, a bajas frecuencias MHZ, la longitud del conductor utilizado para formar las espirales es generalmente larga, lo cual resulta en una alta resistencia y bajo factor de calidad de circuito. Los filtros pueden diseñarse para operar a una sola frecuencia de interés o a frecuencias múltiples. Por ejemplo, un filtro canalizador recibe señales de frecuencia plural sobre un solo puerto de entrada y proporciona de manera selectiva una señal de salida a uno o más puertos de salida. Es de interés con respecto a filtros canalizadores "Microwave Filters, Impedance-Matching Network, and Coupling Structures" de G. Matthaei et al., Capítulo 16, Artech House, Dedham, MA, 1980. SUMARIO DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la presente invención proporcionar una estructura de resonador compacta de baja pérdida de alto factor de calidad, adecuada para su uso a frecuencias en el rango MHZ . Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un filtro empleando elementos plurales de resonador de superconducción, adecuados para su uso a todas las frecuencias de radio, incluyendo aquellas en el rango MHZ. De acuerdo con una modalidad, un resonador electromagnético incluye un substrato que tiene una primer cara y una segunda cara opuesta a la primer cara . Una estructura de resonador en espiral de superconducción colocada en la primer cara del substrato. Una estructura de acoplamiento de entrada y una estructura de acoplamiento de salida colocadas en la segunda cara del substrato y se encuentran colocadas para efectuar el acoplamiento al resonador en espiral . De preferencia, la estructura de resonador en espiral de superconducción consiste de un material superconductor de alta temperatura, tales como el óxido de ítrio-bario-cobre y el óxido de talio-bario-calcio-cobre . De manera similar, la estructura de acoplamiento de entrada y la estructura de acoplamiento de salida pueden formarse también a partir de un material superconductor de alta temperatura similar. En otra modalidad, un filtro electromagnético incluye un substrato que tiene una primer cara y una segunda cara opuesta a la primera cara. Una pluralidad de estructuras de resonador en espiral de superconducción se colocan sobre la primer cara del substrato. Una estructura de acoplamiento de entrada y una estructura de acoplamiento de salida se colocan en la segunda cara del substrato, y se acoplan operativamente a al menos una de la pluralidad de estructuras de resonador de superconducción. En una modalidad preferida, la pluralidad de estructuras de resonador en espiral de superconducción tiene una geometría alargada con un primer extremo y un segundo extremo y la pluralidad de estructuras de resonador en espiral de superconducción se encuentra colocada en una relación substancialmente lado a lado. En una modalidad adicional, la estructura de acoplamiento de entrada se encuentra substancialmente alineada con el primer extremo de una de la pluralidad de estructuras de resonador en espiral de superconducción. De manera similar, la estructura de acoplamiento de salida puede estar substancialmente alineada con el segundo extremo de la pluralidad de estructuras de resonador en espiral de superconducción . La pluralidad de estructuras de resonador en espiral de superconducción puede formarse para tener frecuencias resonantes substancialmente iguales y para cooperar como un filtro multipolo. De manera alternativa, la pluralidad de estructuras de resonador en espiral de superconducción puede operar a una pluralidad de frecuencias resonantes que corresponden a una pluralidad de salidas con lo cual forma un filtro canalizador. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura ÍA es una vista esquemática superior, agrandada, de una estructura en espiral de resonador ejemplificativa. La Figura IB es un diagrama esquemático que ilustra una sección agrandada de la Figura ÍA que detalla una porción de la estructura en espiral de la Figura ÍA. La Figura ÍC es un modelo físico para la estructura en espiral de resonador ejemplificativa de la Figura ÍA. La Figura ID es un modelo eléctrico que corresponde al modelo físico de la Figura ÍC. La Figura 2 es una vista transversal seccional, no a escala, de la estructura de resonador de la Figura ÍA. La Figura 3 es una representación gráfica de una relación experimentalmente determinada de reflectancia como una función de frecuencia para la estructura en espiral de resonador de la Figura 1. Las Figuras 4A a 4C son diagramas esquemáticos de filtros tripolares preferidos de acuerdo con las modalidades preferidas de la invención. La Figura 5 es una representación gráfica de relaciones experimentalmente determinadas de reflectancia (Sil) y de pérdida de inserción (S12) como una función de frecuencia para el filtro de acuerdo con la Figura 4C. La Figura 6 es un diagrama esquemático de una estructura de resonador alternativa de acuerdo con una modalidad adicional de la invención, incluyendo una porción de ciclo del inductor y una porción inter digital del capacitor. La Figura 7 es un diagrama esquemático de una instalación de espirales del resonador sobre un lado del substrato, para un filtro canalizador RF ej emplificativo con tres salidas. La Figura 8 es un diagrama esquemático de la espiral del resonador incluida en el filtro de la Figura 7. La Figura 9 es un diagrama esquemático de un circuito de acoplamiento ej emplificativo para el filtro de la Figura 7 que tiene una entrada y tres ciclos de salida formados en el lado opuesto del substrato desde el filtro. La Figura 10 es un diagrama de circuito equivalente para el filtro de las Figuras 7-9. Las Figuras 11-13 son representaciones gráficas de la reflectancia y la transmitancia para cada uno de los tres ciclos de salida del filtro de las Figuras 7-9. A través de las figuras, los mismos numerales y caracteres de referencia, a menos que se determine de otra manera, se utilizan para denotar características, elementos, componentes o porciones similares de las modalidades ilustradas. Además, mientras que la invención objetivo se ^k describirá ahora en detalle con referencia a las figuras, se hará así en relación con las modalidades ilustrativas. Se 5 pretende que puedan hacerse cambios y modificaciones a las modalidades descritas sin apartarse del verdadero alcance y espíritu de la invención objetivo como se define mediante las reivindicaciones anexas. DESCRIPCIÓN DETALLADA ^ 10 La Figura ÍA ilustra la geometría de una estructura de resonador en espiral ejemplificativa y las dimensiones asociadas para una modalidad del resonador que exhibe una frecuencia de resonancia de aproximadamente 24.5 MHZ. La Figura IB es un agrandamiento de una porción de la Figura ÍA que muestra además la estructura de resonador en espiral ejemplificativa formada con veinte giros igualmente espaciados compuestos de un material superconductor, de ^^ preferencia un superconductor de alta temperatura (HTS) . La estructura de resonador en espiral está configurada generalmente para auto resonancia a una frecuencia de interés. La inductancia, que se proporciona mediante la estructura en espiral de superconducción se encuentra en resonancia con la capacitancia inherente de interespiral de la estructura. Tal estructura de resonador en espiral exhibe un valor de factor de calidad de descarga que excede 40,000 cuando se forma a partir de un material superconductor. Los modelos físicos y eléctricos equivalentes de la estructura de resonador de la Figura ÍA se ilustran en las Figuras ÍC y ID, respectivamente. En el inductor circular en espiral simple de la Figura ÍC la inductancia puede calcularse como a2n2 L (nH) =0.03937 (1) 8a + 11c en donde D? + D: Do -D, a=- ,c = - (2) y n es el número de giros en la espiral, DD es el diámetro externo de la estructura de espiral y Di es el diámetro interno de la estructura de espiral en mieras. La resistencia de la espiral puede determinarse mediante la ecuación R [??) = KpanRs W en donde K es una constante (que se asume que es 1 para una estructura sin plano de tierra) , Rs es la resistencia de superficie del material que forma la espiral y es la amplitud de la ruta que forma la espiral. En el caso de un material superconductor, el valor Rs se encuentra en el orden de los micro ohms, lo cual permite que se formen grandes inductancias con baja resistencia. La capacidad inherente de la estructura de resonador en espiral es C (pf ) =3.5x10"5 o+0.06 (4) Las ecuaciones 1-4 pueden generalizarse para varias geometrías expresando los términos D0 y Di en el área, como en donde a0 es el área externa de la estructura del resonador y ai es el área interna de la estructura del resonador. La Figura 2 es una vista en sección transversal del resonador de la Figura ÍA. El resonador se forma sobre un substrato 200 e incluye una estructura en espiral superconductora 202 formada sobre un lado 210 del substrato 200, así como una estructura de entrada 204 y una estructura de salida 206 formada en un lado opuesto 208 del substrato 200. Las estructuras de entrada y salida pueden formarse utilizando un material conductor convencional, tal como cobre o aluminio. Sin embargo, formar las estructuras de entrada y/o salida a partir de un material superconductor, tal como el material utilizado para formar la estructura en espiral superconductora 202, ofrece ventajas al mantener un alto factor de calidad de circuito y baja pérdida de inserción. En una modalidad, la estructura en espiral superconductora 202 es la estructura de resonador en espiral de la Figura ÍA. En otra modalidad, la estructura de la capa de superconductor 202 puede tomar la forma ilustrada en la Figura 8. En ambas, la Figura ÍA y la Figura 8, las estructuras en espiral son alargadas, en vez de circulares. Esta característica de la estructura en espiral 202 permite un empaque más condensado cuando se sitúan múltiples estructuras de espiral en una relación lado a lado, tal como en las modalidades de filtros multipolares a tratar adelante. En una modalidad ^ 10 ejemplificativa de un resonador en espiral de acuerdo con la Figura Ia, el substrato 200 es un substrato de disco aluminado de lantano de dos pulgadas (LAO) que tiene un grosor de aproximadamente 20 minipulgadas . Un material adecuado para la estructura en espiral superconductora 202 es el óxido de itrio-bario-cobre (YBCO) que se deposita como una capa con un grosor de 200 nm sobre el substrato 200. La película de YBCO puede depositarse sobre el substrato a una temperatura en el rango de 700-800°C utilizando ablación láser o un método de deposición electrónica. El substrato de LAO y el material YBCO están disponibles de varios proveedores comerciales, incluyendo Dupont. El material YBCO se súper conduce a temperaturas de más de aproximadamente 77 grados K. El LAO es un material de substrato preferido cuando se utiliza el YBCO para formar la estructura de capa de superconductor 202 dada la alta compatibilidad en el acoplamiento de malla entre las estructuras cristalinas respectivas de estos materiales. Otros materiales de substrato adecuados incluyen el óxido de magnesio (MgO) y el titanato de estroncio (STO) . En general, el grosor del material que forma la estructura en espiral superconductora 202 debería exceder la profundidad de penetración de ese material . En el caso del YBCO, que tiene una profundidad de penetración de aproximadamente 270 nanómetros, pueden preferirse las películas que tienen un grosor en el rango desde 270 a 450 nanómetros . Entre otros materiales superconductores adecuados se encuentra el óxido de talio bario calcio cobre (TBCCO) que tiene una profundidad de penetración de aproximadamente 450 nanómetros. En este caso, pueden preferirse las películas de TBCCO que tienen un grosor en el rango desde 450 a 750 nanómetros . Un resonador ej emplificativo, tal como el ilustrado en la Figura ÍA, puede formarse utilizando una película de YBCO sobre un substrato en blanco de LAO, mediante un proceso foto-litográfico de diseño de acuerdo al siguiente procedimiento. Primero, se aplica un recubrimiento fotográfico, tal como el Microposit S1813, fabricado por Shepley de Marlborough, Massachusetts, a un lado 208 del substrato 200 que entonces se hace girar a 1500 r.p.m. durante 40 segundos para establecer una película substancialmente uniforme. El substrato se calienta entonces • a aproximadamente 120 °C durante 3 minutos para secar la 5 película. Se retira entonces cualquier recubrimiento fotográfico sobre el lado posterior 210 del substrato 200, tal como al utilizar un limpia tubos de algodón con acetona. Sin exposición, el substrato se coloca en una solución reveladora, tal como la MF319 fabricada por Shepley de Marlborough, Massachusetts, durante un minuto. Esto establece una película protectora sobre el lado 208. El recubrimiento fotográfico se aplica al lado 210 y después se hace girar a 4500 r.p.m. durante 40 segundos para establecer una película substancialmente uniforme. El substrato 200 se calienta a aproximadamente 120 °C durante 2 minutos. Después de que el substrato se deja enfriar, se aplica una máscara fotográfica positiva de la estructura de resonador al substrato 200. La máscara fotográfica se somete entonces a la exposición, tal como 25 segundos con luz UV en una fuente de energía de 5.6 mW/cm2. El substrato se coloca de nuevo en una solución reveladora, tal como Microposit MF319, durante 1 minuto. Una vez revelada, la estructura puede realizarse decapando las áreas bajo el recubrimiento fotográfico expuesto en una solución diluida de ácido fosfórico (tal como un 85% (filtro de 2 mieras) de solución disponible de Olin Microelectronic Material, Inc. de Norwalk, Connecticut) durante 40 segundos para una capa de 200 nanómetros de YBCO. Para una capa de 300 nm de YBCO, el tiempo de decapado aproximado es de aproximadamente 80 segundos, dado que las películas más gruesas requieren mayores tiempos de decapado. El substrato debe entonces limpiarse para retirar cualquier resto del recubrimiento fotográfico. Esto puede lograrse colocando el substrato 200 en un solvente, tal como acetona, durante aproximadamente 2 minutos. Para proteger la estructura en espiral superconductora establecida en el lado 210 del decapado subsecuente mientras se forman las estructuras de entrada y salida sobre el lado 208, se aplica una capa protectora de recubrimiento fotográfico, se seca, se expone y se revela como se describió anteriormente. Las siguientes etapas se emplean para formar atenuadores de contacto sobre el lado posterior 208 del substrato. El lado 208 del substrato se limpia para retirar el polvo y cualquier recubrimiento fotográfico. A continuación, se aplica recubrimiento fotográfico, se hace girar, se seca y se expone, de una manera substancialmente igual a la descrita anteriormente, excepto que se utiliza una máscara negativa para los atenuadores de contacto. El substrato se sumerge entonces en clorobenceno durante 5 minutos y después se revela, como se describió anteriormente. Se forma un recubrimiento metálico sobre las áreas de contacto que se limpiaron al revelar el recubrimiento fotográfico expuesto depositando 50 nanómetros de Ag/100 nanómetros de Au /150 nanómetros de Ag, o 50 nanómetros de Ag/50 nanómetros de Au/200 nanómetros de Ag. Después puede emplearse un proceso de levantamiento para retirar el superconductor no expuesto, tal como al utilizar acetona. Si se desea el post esmaltado, la estructura resultante puede esmaltarse en un ambiente de oxígeno puro, 02, a 550°C de presión atmosférica durante 10-20 minutos. La Figura 3 muestra características de reflectancia experimentalmente determinadas del resonador de la Figura ÍA, con el resonador a una temperatura de 77 grados K. Como se ilustra en la Figura 3, el resonador ej emplificativo exhibe una frecuencia de resonancia de 24.5455 MHZ con un valor de factor de calidad de descarga mayor de 40,000. La estructura de entrada 204 al resonador se formó con un solo ciclo de acoplamiento de cobre sobre el lado posterior 208 del substrato 200, con el ciclo de acoplamiento substancialmente alineado con una de las porciones circulares 102, 104 de la estructura de resonador 200. Un segundo ciclo de acoplamiento de cobre, también en el lado posterior 208 del substrato 210, se encuentra substancialmente alineada con la otra porción circular 102, 104 del patrón que forma la estructura de salida 206. Se apreciará que en vez de patrones de un solo ciclo, pueden emplearse estructuras de acoplamiento alternas para las estructuras de acoplamiento de entrada y salida, tales como las estructuras en espiral multi giro y lo similar. Las Figuras 4A a 4C ilustran modalidades alternativas de un filtro tripolar empleando una estructura de resonador de acuerdo con la Figura ÍA. Las configuraciones de filtro, que son meramente ej emplificativas, incluyen cada una tres estructuras de resonador en espiral 402, 404, 406 como se describió anteriormente, operando a una frecuencia de resonancia substancialmente igual y dispuestas en una manera substancialmente adyacente sobre un primer lado del substrato 200. Mientras que los resonadores se ilustran utilizando la geometría ilustrada en la Figura ÍA, otras geometrías de espiral pueden también emplearse. Al utilizar una geometría alargada, tal como la ilustrada en la Figura ÍA o Figura 7, preferentemente una geometría circular, se reduce la dimensión del filtro que emplea varios resonadores en espiral. La diferencia entre las modalidades respectivas de las Figuras 4A-4C está en la disposición de la estructura de entrada 204 y de la estructura de salida 206. Por ejemplo, en la Figura 4A, la estructura de entrada 204 toma la forma de un gran ciclo 408 que se acopla con un lado de entrada de cada una de las estructuras de resonador en espiral 402, 404, 406. De manera similar, la estructura de salida en la Figura 4A emplea también un gran ciclo que se acopla con un lado de salida de cada una de las estructuras de resonador en espiral 402, 404, 406. En la Figura 4B, un primer ciclo pequeño, aproximadamente del diámetro de una de las secciones de entrada de las estructuras de resonador en espiral 404, 406, 408, se coloca opuesta a la sección de entrada del resonador central 404. Un pequen ciclo 414 similar se coloca opuesto a una sección de salida del resonador 404. Un pequeño ciclo 414 similar se coloca opuesto a la sección de salida del resonador 404. La Figura 4C emplea estructuras de entrada y salida similares a la de la Figura 4B excepto que el ciclo de entrada 416 está situad opuesto a una sección de entrada del resonador 406 mientras que el ciclo de salida 418 está situado opuesto a una sección de salida del resonador 402, maximizando así la separación entre las estructuras de acoplamiento de entrada y salida. Las modalidades de filtro tripolar ej emplificativas de acuerdo con las Figuras 4A-4C fueron probadas a 77 grados K. La pérdida de reflexión (Sil) y la pérdida de inserción (S12) se midieron con un Analizador Network HP-8712B RF, para cada uno de los tres valores máximos de cada filtro. La Tabla 1 muestra la fecha de medición para cada configuración ilustrada en las Figuras 4A-4C.
Tabla 1. Valor máximo Valor máximo Valor máximo No. 1 No. 2 No. 3 Sil S12 Sil S12 Sil S12 (a) f [MHz] 23.65 23.92 24.27 pérdida [dB] -3.5 -8.0 -3.5 -7.0 21.0 -5.5 (b) f [MHz] 22.55 63.33 88.74 pérdida [dB] -3.03 -29.56 -5.48 -12.88 -2.70 -37.28 (c) f [MHz] 24.07 24.28 24.50 pérdida [dB] -6.37 -2.02 -4.62 -2.55 -6.56 -2.05 Para el filtro de acuerdo con la Figura 4C, el valor de factor de calidad de valor máximo único después de acoplarse es de aproximadamente 600. La máxima pérdida de inserción entre los valores máximos Nos. 1 y 3 es de -6.91 dB. A frecuencias fuera de la banda de paso, por ejemplo, menores que 23.77 MHZ o mayores que 25.03 MHZ, la pérdida de inserción excede de 40 dB (rango dinámico) , como se muestra en la Figura 5.
Mientras que las modalidades de la Figura 4 ilustran configuraciones de filtro tripolar, se apreciará que son también posibles las configuraciones n polares, en donde n es el número de estructuras de resonador empleadas . La Figura 6 ilustra una configuración alterna adecuada para su uso como la estructura de entrada 204 y/o la estructura de salida 206, que incluye una porción de inductor 602 que está formada con una pluralidad de giros de material conductor o superconductor y una porción de capacitor 604 que está formada mediante segmentos conductores o superconductores inter digitalmente acoplados. Como con las secciones de resonador, los valores de inductancia y capacitancia para la estructura de acoplamiento de la Figura 6 están seleccionados para lograr la resonancia a la frecuencia de operación deseada. Así, puede formarse una estructura de acoplamiento más selectiva de frecuencia sobre un lado de un substrato, teniendo una frecuencia de resonancia que se acople substancialmente a la frecuencia o frecuencias de resonancia de un elemento de resonador multi polar sobre el otro lado del substrato, opuesto a las respectivas estructuras de acoplamiento de entrada/salida. Las Figuras 7-9 ilustran un filtro canalizador RF, de multi salida ej emplificativo que puede formarse utilizando el proceso foto litográfico arriba descrito. El filtro puede formarse sobre un solo substrato de LAO sobre el cual se encuentran capas de YBCO de 300 nanómetros de grosor depositadas, diseñadas y procesadas por el frente y la parte posterior. Pueden formarse tres resonadores en espiral 702, 704, 706 que están adecuadamente separados sobre un primer lado 210 del substrato 200. Generalmente, en vez de operar una frecuencia de resonancia común, cada resonador en la aplicación del filtro canalizador opera a una frecuencia de resonancia correspondiente a un canal particular, o frecuencia, de interés. En una aplicación de filtro canalizador es deseable minimizar el acoplamiento mutuo entre resonadores adyacentes, en consecuencia, el espacio entre los resonadores 702, 704, 706 debe ser relativamente grande. Sin embargo, dado que el espacio físico es también importante, el acoplamiento puede reducirse proporcionando un desajuste de extremo a extremo entre los resonadores adyacentes, como se ilustra en la Figura 7. En el lado opuesto 208 del substrato 200, se coloca una estructura de acoplamiento de entrada 902 opuesta a un primer extremo del resonador 704 y tres estructuras de acoplamiento 904, 906, 908 se encuentran colocadas de modo tal que cada ciclo está en alineación substancial con un extremo de salida de uno de los resonadores 702, 704, 706. La estructura de acoplamiento 902 sirve como una estructura de acoplamiento de entrada RF, y las estructuras de acoplamiento 904, 906, 908 sirven como estructuras de acoplamiento de salida para las salidas canalizadas de modo que cada salida permitirá que aparezcan solo frecuencias en una banda seleccionada en sus terminales. Las estructuras de acoplamiento pueden ser ciclos simples, espirales multi giro o estructuras más selectivas de frecuencia, tales como las ilustradas en la Figura 6. El circuito equivalente del filtro de las Figuras 7-9 se ilustra en la Figura 10. El filtro de las Figuras 7-9 puede modelarse con un primer transformador 1002 que se acciona mediante la fuente 1000 que tiene una fuente ideal de voltaje y una serie de resistencias igual a la impedancia característica del sistema (típicamente 50 ohms) . El inductor del transformador 1002 representa a la estructura de entrada 902 mientras que el auxiliar del transformador 1002 representa a una porción del resonador 704. Los transformadores 1004, 1006, 1008 representan el acoplamiento mutuo entre los resonadores 702, 704, 706 y las estructuras de salida 904, 906, 908, respectivamente. Los transformadores 1010, 1012 representan el acoplamiento mutuo entre los resonadores 702, 704 y 704, 706, respectivamente. La inductancia total del resonador 702 se distribuye entre el auxiliar del transformador 1002, el inductor del transformador 1004 y el inductor del transformador 1010. De manera similar, la inductancia total de los resonadores 704, 706 se distribuye entre los componentes del transformador conectados en serie que representan cada una de estas estructuras. Los capacitores 1014, 1016 y 1018 representan la capacidad de los resonadores 702, 704 y 706, respectivamente. Los resistores 1020, 1022 y 1024 representan la resistencia inherente de los resonadores 702, 704 y 706, respectivamente. Los valores de inductancia, capacitancia y resistencia para el modelo de circuito de la Figura 10 pueden determinarse utilizando las ecuaciones 1-5, que se describen en lo anterior en relación con las Figuras ÍC y ID. Los resistores RL1, RL2 y RL3 representan cargas de salida acopladas a cada una de las estructuras de acoplamiento de salida. Los resistores 1026, 1028 y 1030 que son resistores de alto valor (i.e., 1 Megaohm) se requieren para el software de simulación. Los valores de coeficiente de reflexión (Sil) , el coeficiente de transmisión (S12, S21) , la distancia entre valores máximos adyacentes en cada banda, la separación entre las dos bandas de paso y el valor de factor de calidad del dispositivo pueden seleccionarse adecuadamente en base a requerimientos de aplicación particulares. Las aplicaciones del dispositivo incluyen filtros/receptores de entrada única, de salida RF múltiple y de micro ondas que pueden utilizarse para satélites (en el rango de frecuencia de pocos GHz) , estaciones base de telefonía celular (pocos cientos de MHZ) , TV, radio y sistemas de comunicación de menor frecuencia.
Estructuras de filtro similares pueden utilizarse como bobinas captadoras para imágenes de resonancia magnética (MRI) , con una estructura multi resonante sobre un lado de un substrato y bobinas de salida sobre el otro. La estructura multi resonante sirve entonces también para entrada, que es radiactiva, y las salidas pueden servir cada una para que se detecte una frecuencia diferente, e.g., cada una correspondiendo a un elemento químico diferente en un espécimen u órgano en el diagnóstico médico. Aunque la presente invención se ha descrito en relación con las modalidades específicas ej emplificativas, debe entenderse que varios cambios, substituciones y alteraciones pueden hacerse a las modalidades descritas sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención como se detalla en las reivindicaciones anexas.

Claims (19)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un resonador electromagnético que comprende: un substrato que tiene una primer cara y una segunda cara opuesta a la primer cara; una estructura de superconducción del resonador en espiral formada sobre la primer cara del substrato; al menos una estructura de acoplamiento de entrada dispuesta sobre la segunda cara del substrato; y al menos una estructura de acoplamiento de salida dispuesta sobre la segunda cara del substrato.
  2. 2. El resonador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la estructura de superconducción del resonador en espiral consiste de un material seleccionado a partir del grupo que incluye óxido de ítrio-bario-cobre y óxido de talio-bario-calcio-cobre .
  3. 3. El resonador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la al menos una estructura de acoplamiento de entrada y la al menos una estructura de acoplamiento de salida se forman a partir de un material de superconducción .
  4. 4. El resonador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el material de superconducción se selecciona a partir del grupo que consiste en óxido de ítrio-bario-cobre y óxido de talio-bario-calcio-cobre.
  5. 5. El resonador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la al menos una estructura de entrada y la al menos una estructura de salida comprenden elementos metálicos de inductor.
  6. 6. El resonador electromagnético de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la estructura de superconducción del resonador en espiral tiene una geometría alargada.
  7. 7. Un filtro electromagnético que comprende: un substrato que tiene una primer cara y una segunda cara opuesta a la primer cara; una pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor dispuesta sobre la primer cara; al menos una estructura de acoplamiento de entrada dispuesta sobre la segunda cara del substrato, estando la al menos una estructura de acoplamiento de entrada operativamente acoplada a al menos una de las estructuras del resonador supercoductor; y al menos una estructura de acoplamiento de salida dispuesta sobre la segunda cara del substrato, estando la al menos una estructura de acoplamiento de salida operativamente acoplada a al menos una de las estructuras del resonador superconductor.
  8. 8. El filtro electromagnético de la reivindicación 7, en donde cada una de la pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor tiene una geometría alargada con un primer extremo y un segundo extremo correspondientes, y estando la pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor instaladas en una relación substancialmente lado a lado.
  9. 9. El filtro electromagnético de la reivindicación 8, en donde la al menos una estructura de acoplamiento de entrada está substancialmente alineada con el primer extremo de al menos una de la pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor.
  10. 10. El filtro electromagnético de la reivindicación 9, en donde la al menos una estructura de acoplamiento de salida está substancialmente alineada con el segundo extremo de al menos una de la pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor.
  11. 11. El filtro electromagnético de la reivindicación 8, en donde al menos uno de los primeros extremos se encuentra desplazado del primer extremo de una estructura del resonador en espiral superconductor adyacente.
  12. 12. El filtro electromagnético de acuerdo con la reivindicación 7, en donde al menos una de las estructuras de acoplamiento de entrada y al menos una de las estructuras de acoplamiento de salida comprenden una porción de inductor y una porción de capacitor distintas.
  13. 13. El filtro electromagnético de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor consiste de un material seleccionado a partir del grupo que incluye óxido de ítrio-bario-cobre y óxido de talio-bario-calcio-cobre.
  14. 14. El filtro electromagnético de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la al menos una estructura de acoplamiento de entrada y la al menos una estructura de salida comprenden elementos metálicos del inductor.
  15. 15. El filtro electromagnético de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la al menos una estructura de acoplamiento de entrada y la al menos una estructura de acoplamiento de salida están formadas a partir de un material de superconducción.
  16. 16. El filtro electromagnético de acuerdo con la reivindicación 7, en donde cada una de la pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor son resonantes a substancialmente la misma frecuencia.
  17. 17. El filtro electromagnético de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor son resonantes a una pluralidad de frecuencias, correspondiendo cada una de la pluralidad de frecuencias, a una de al menos una de las estructuras de acoplamiento de salida.
  18. 18. Un filtro electromagnético que comprende: un substrato que tiene una primer cara y una segunda cara opuesta a la primer cara; una pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor dispuestas sobre la primer cara, teniendo la pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor una geometría alargada con un primer extremo y un segundo extremo y una longitud definida entre ellos, estando la pluralidad de estructuras del resonador en espiral superconductor dispuestas en una relación substancialmente lado a lado con respecto a la longitud, con un intervalo entre las estructuras del resonador adyacentes; al menos una estructura de acoplamiento de entrada dispuesta sobre la segunda cara del substrato, estando la al menos la estructura de acoplamiento de entrada operativamente acoplada a al menos una de las estructuras del resonador superconductor; y al menos una estructura de acoplamiento de salida dispuesta sobre la segunda cara del substrato, estando la al menos una estructura de acoplamiento de salida operativamente acoplada a al menos una de las estructuras del resonador superconductor.
  19. 19. El filtro electromagnético de la reivindicación 18, en donde al menos uno de los primeros extremos está desplazado del primer extremo de una estructura del resonador en espiral superconductor adyacente, con lo cual se reduce el acoplamiento entre los resonadores adyacentes .
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