5' RESONADOR Y FILTRO SUPERCONDUCTORES DE ALTA TEMPERATURA
SINTONIZABLES
Campo de la Invención Esta invención se refiere a dispositivos de filtro y resonador sintonizables 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) se han considerado para utilizarse como resonadores y filtros de película delgada, tales como micro-cintas o estructuras de cavidad en el rango de frecuencia de GHz en aplicaciones de comunicación por microondas. El uso de materiales HTS para tales dispositivos promete altos valores Q debido a baja pérdida eléctrica. Esta ventaja se aplicaría también a frecuencias inferiores, pero los diseños de cuarto de longitud de onda acoplados en paralelo convencionales comúnmente utilizados en frecuencias de microondas dan como resultado dimensiones de dispositivos prohibitivamente grandes en el rango de MHZ. Una manera para realizar resonadores y filtros de rango MHZ de dimensiones prácticas es el enfoque de elementos concentrados, e.g., utilizando elementos inductor y capacitor discretos. Una de tales estructuras consiste de una espiral de dos vueltas con un capacitor inter-digital entre las
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vueltas. Otra tiene dos espirales y dos anillos capacitivamente acoplados separados por 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 grande, lo cual da como resultado una elevada resistencia y bajo circuito Q. Los resonadores superconductores de línea plana de alta frecuencia sintonizables se han descrito por D.E. Oates et al . , en "Tunable YBCO Resonators on YIG Substrates" ("Resonadores YBCO sintonizables en Substratos YIG" ) IEEE Transacciones en Superconductividad Aplicada, Vol/7, No. 2, a 2338 (Junio de 1997) . Además los resonadores de RF de alta frecuencia se han tratado por Q.Y. Ma en "FR Applications of High Temperature Superconductors in MHz Range" ("Aplicaciones de FR de Superconductores de Alta Temperatura en Rango MHz") IEEE Transacciones sobre Superconductividad Aplicada (Junio de 1999) la cual se incorpora en la presente para referencia. Los filtros también pueden diseñarse para operar a una sola frecuencia de interés o a múltiples frecuencias. Por ejemplo, un filtro canalizador recibe señales de múltiples frecuencias en un solo puerto de entrada y proporciona selectivamente una señal de salida hacia uno o más puertos de salida. Es de interés con respecto a filtros canalizadores G. Matthaei et al., "Microwave Filters, Impedance-Matching Network, and Coupling Structures" ("Filtros de Microondas,
Red de Equilibrio de Impedancias y Estructuras de Acoplamiento"), Capítulo 16, Artech House, Dedham, MA, 1980. Hasta ahora no ha sido posible proporcionar resonadores o filtros sintonizables de paso de banda múltiple de baja frecuencia de RF con amplitud de banda angosta, valor Q elevado y baja pérdida de inserción. SUMARIO DE LA INVENCIÓN Es un objetivo de la presente invención proporcionar una estructura compacta de resonador sintonizable de baja pérdida, de alto Q, adecuada para utilizarse a frecuencias por debajo del rango MHz. Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un filtro sintonizable que emplee múltiples elementos resonadores superconductores, adecuado para utilizarse a través de un amplio rango de radio frecuencias, incluyendo aquellas en el rango de MHz. De acuerdo con una modalidad, el resonador electromagnético incluye un substrato y dos resonadores superconductores colocados en una primera cara del substrato. Se proporciona un circuito interruptor acoplado a al menos uno de los elementos resonadores primero y segundo que tienen al menos dos estados. Uno de los estados acciona uno de los elementos resonadores superconductores primero y segundo a un estado no-superconductivo. Las formas alternativas del resonador incluyen formar el segundo elemento resonador
i .-.i ,.¿ í, . ¿X, ,, k, *¿t.^¡ . _ superconductor en un segundo substrato. Además, los elementos resonadores superconductores primero y segundo pueden comprender un capacitor interdigitado en espiral . Además, los elementos resonadores superconductores primero y segundo así como el circuito interruptor pueden formarse de material superconductor tal como óxido de itrio-bario-cobre. Se describe un método de conmutación de frecuencia activa para un resonador superconductor comprendido de proporcionar dos elementos resonadores superconductores que operan en un estado de superconducción y acoplados electromagnéticamente entre sí, formando así el resonador superconductor con una primer frecuencia resonante. Se aplica una señal eléctrica de control a uno de los elementos resonadores, accionando así uno de los elementos resonadores superconductores hacia un estado de no-superconducción y sintonizando así el resonador superconductor a una segunda frecuencia resonante. Un resonador superconductor sintonizable también se describe comprendiendo un substrato, un elemento resonador superconductor y un accionador. El elemento resonador superconductor tiene una porción no movible y una porción movible. La porción no movible del elemento resonador superconductor se proporciona con un inductor y una porción de un capacitor variable formado en el substrato. El accionador tiene un extremo movible en relación al substrato,
J ? at ¿t ? t,? el cual es movible en respuesta a una señal de control aplicada. La porción movible del elemento resonador superconductor se forma en el extremo movible del accionador y se encuentra en comunicación capacitiva con la porción del capacitor variable formado en el substrato. Los accionadores pueden ser accionadores piezoeléctricos tales como los accionadores flectores multicapas o accionadores de tubo. Una modalidad alternativa del capacitor variable se describe en donde la porción formada en la primer cara tiene una línea principal con una pluralidad de puntas y la porción movible del resonador superconductor tiene una segunda línea principal también con puntas. Las puntas de las dos estructuras se colocan en yuxtaposición movible entre sí, formando así un capacitor variable. Se describe un filtro superconductor sintonizable teniendo un substrato y una pluralidad de elementos resonadores superconductores formados en el substrato. Cada uno de la pluralidad de elementos resonadores superconductores tiene una porción no movible y una porción movible. La porción no movible se describe como comprendiendo un inductor formado en la primer cara y una porción de un capacitor variable formado también en la primer cara. Se proporciona una pluralidad de accionadores, teniendo cada uno un extremo movible en relación al substrato en respuesta a una señal de control aplicada. Cada porción
movible se instala en el extremo movible de un accionador correspondiente y se encuentra en comunicación capacitiva con una porción de un capacitor variable correspondiente formado en la primera cara. Además, se proporcionan estructuras de acoplamiento de entrada y de salida, estando operativamente acopladas a elementos resonadores superconductores. Pueden proporcionarse los inductores de los elementos resonadores superconductores en una geometría alargada y disponerse en una relación lado a lado. Los elementos resonadores superconductores, así como las estructuras de acoplamiento de entrada y salida pueden estar comprendidas de materiales superconductivos tales como óxido de itrio-bario-cobre. Además, el filtro superconductor sintonizable puede proveerse en donde cada elemento resonador superconductor es resonante a substancialmente la misma frecuencia o los elementos resonadores superconductores pueden ser resonantes a diferentes frecuencias. También se describe un dispositivo superconductor sintonizable provisto en un substrato y que tiene un elemento resonador superconductor sintonizable y una estructura de acoplamiento. El elemento resonador superconductor sintonizable tiene un inductor y una porción de un capacitor variable formada en el substrato. El dispositivo superconductor sintonizable también tiene un accionador con una porción movible del elemento resonador superconductor
- *N sintonizable formada en el extremo movible del accionador en respuesta a una señal de control aplicada. La porción movible se encuentra en comunicación capacitiva con la porción del capacitor variable formado en la primera cara. De manera similar, la estructura de acoplamiento tiene una porción no movible y una porción movible . La porción no movible se encuentra dispuesta en el substrato y se acopla operativamente al elemento resonador superconductor sintonizable. Se proporciona un segundo accionador, con un extremo movible en comunicación capacitiva con la estructura de acoplamiento, para el equilibrio de impedancia del elemento resonador superconductor sintonizable con un dispositivo que emplea el dispositivo superconductor sintonizable. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en planta esquemática, agrandada de un resonador sintonizable de acuerdo con la invención. La Figura 2 es una vista en planta esquemática, agrandada de una configuración alternativa del resonador sintonizable de la Figura 1. La Figura 3 es una gráfica de las respuestas del resonador para el filtro de acuerdo con la Figura 1 con y sin un voltaje aplicado. La Figura 4 es una vista en planta esquemática,
.feA_ agrandada de un resonador sintonizable. La Figura 5 es una vista en perspectiva, agrandada del resonador sintonizable de la Figura 4 que tiene un accionador flector. 5 La Figura 5b es una vista en perspectiva, agrandada del resonador sintonizable de la Figura 4 que tiene un accionador de tubo. La Figura 6 es una vista en planta esquemática, agrandada de una configuración alternativa de un capacitor 10 variable para el resonador sintonizable de la Figura 4. La Figura 7 es una vista en planta esquemática, agrandada de un filtro del resonador sintonizable La Figura 8 es una vista en planta esquemática, agrandada de un filtro del resonador sintonizable para 15 recibir una señal y para equilibrio de impedancia A través de todas las figuras, se utilizan los mismos numerales y caracteres a menos que se establezca de otro modo, para denotar características, elementos, componentes o porciones similares de las modalidades 20 ilustradas. Además, aunque la materia de la invención se describirá ahora en detalle con referencia a las figuras, se hace así en relación con las modalidades ilustrativas. Se pretende que puedan hacerse los cambios y modificaciones a las modalidades descritas sin apartarse del verdadero alcance 25 y espíritu de la materia de la invención como se define por
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las reivindicaciones anexas. DESCRIPCIÓN DETALLADA La Figura 1 es una vista en planta de una primer modalidad de un resonador superconductor sintonizable 100. El resonador se forma en un substrato 101 e incluye un primer resonador superconductor 102 formado en una primer cara del substrato 101, así como un segundo resonador superconductor 103 también formado en la primera cara del substrato 101. Los resonadores 102, 103 se colocan próximos entre sí de manera que se acoplen electromagnéticamente y cooperen como una estructura resonante común. De manera alternativa, los resonadores superconductores primero y segundo pueden formarse en substratos separados ya que los resonadores se acoplan electromagnéticamente. Un material superconductor de alta temperatura tal como óxido de itrio-bario-cobre es un material preferido utilizado para la fabricación de resonadores y puede enfriarse por el uso de nitrógeno líquido o al colocarse en una cámara criostática. Un circuito interruptor 104 acoplado a al menos uno de los resonadores primero y segundo puede permitir que se aplique una señal de control eléctrica a al menos uno de los resonadores. El circuito interruptor 104 puede formarse utilizando un material conductor convencional, tal como alambres de oro. Sin embargo, formar el circuito interruptor 104 a partir de un material superconductor, tal como el material utilizado
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para formar los resonadores superconductores primero y segundo 102, 103 ofrece ventajas para mantener elevado el circuito Q y baja la pérdida de inserción. Las dimensiones seleccionadas para las estructuras de la Figura 1 afectan las características de resonancia de cada estructura. Para un solo resonador formado en una microplaqueta de dos pulgadas, pueden obtenerse frecuencias resonantes en el rango de 1 MHz hasta 4 GHz, dependiendo de la dimensión del resonador. Puede fabricarse una estructura de resonador de acuerdo con la Figura 1 teniendo un circuito exterior de 37mm de diámetro, separado del circuito interior por salientes interdigitadas de 3mm de longitud y 50µm de ancho, estando cada saliente interdigitada separada de la otra por 50µm. El ancho de cada saliente interdigitada y el espaciamiento entre cada saliente interdigitada puede reducirse hasta 20µm. Pueden colocarse dos resonadores, formados en substratos separados en proximidad entre sí, a 5mm en sus puntos más cercanos, para proporcionar un resonador que tenga una frecuencia resonante de 95.7 MHz en un estado y 101 MHz en el otro. La Figura 2 ilustra un diseño alternativo del resonador superconductor sintonizable de la Figura 1 en la cual los resonadores superconductores primero y segundo 202, 203 y el circuito interruptor 104 se fabrican en un substrato típico 201, haciendo más fácil el empacado y haciendo más
t¡?J??.? á?»uUtáM~,. -* *t - - - . ~..— .„.„.„ „....-,...„. >.-&-* -LL eficiente el uso del material del substrato. Las dimensiones de los resonadores son ilustrativas del tamaño del resonador en relación al substrato ejemplificativo, específicamente un disco de microplaqueta LAO de 2 pulgadas, sin embargo, las dimensiones de las estructuras del resonador dependen completamente del requisito de capacitancia o inductancia a generarse para la frecuencia resonante deseada. La estructura resonante de acuerdo con la Figura 2 se ha fabricado en una sola microplaqueta de 2 pulgadas, siendo cada estructura de resonador de aproximadamente 10 mm de amplitud, 25 mm de longitud y teniendo salientes interdigitadas de 3mm de longitud y 50µm de ancho, estando cada saliente interdigitada separada de otra por aproximadamente 50µm. De nuevo, el ancho de cada saliente interdigitada y el espaciamiento entre cada saliente interdigitada puede reducirse hasta 20µm. Pueden formarse dos resonadores en un solo substrato 101 y colocarse en proximidad entre sí, a aproximadamente 2.5mm en sus puntos más cercanos, mediante lo cual un resonador resulta teniendo una frecuencia resonante de aproximadamente 50MHz en un estado y 60 MHz en el otro. El circuito interruptor 104 proporciona una señal eléctrica de control a al menos uno de los resonadores superconductores 103. La señal de control tiene al menos estados primero y segundo, por ejemplo, un voltaje de 0 Vdc y
0.2 Vdc respectivamente. Un segundo voltaje de control puede ser hasta de 2.0 Vdc. Cuando se aplica el voltaje de control al resonador 103 en un primer estado, ambos resonadores superconductores pueden permanecer en un estado de superconducción. Como una consecuencia, el primer resonador superconductor 102 puede acoplarse magnéticamente al segundo resonador superconductor 103, proporcionando así un resonador superconductor 100 con una primer frecuencia resonante /i . Cuando se aplica el voltaje de control al resonador 103 en el segundo estado, el resonador superconductor 103 se acciona en un estado no superconductivo. Al convertirse el resonador superconductor 103 en un estado no superconductivo, la frecuencia resonante del resonador superconductor sintonizable 100 puede cambiarse a una segunda frecuencia resonante /2, en donde f2 es la frecuencia resonante del resonador superconductor 102 que permanece en estado superconductivo. La Figura 3 muestra la respuesta resonante del resonador sintonizable de la Figura 1 en donde puede obtenerse un desplazamiento de frecuencia desde 95.7 MHz hasta 101 MHz al no aplicar voltaje y 0.2 V para el resonador 103 respectivamente. Es posible obtener sintonización de frecuencia continua al proporcionar un resonador superconductor sintonizable como se muestra en la Figura 4. El resonador superconductor sintonizable 400 presente incluye un inductor
superconductor 402 formado en un substrato 401 y un capacitor variable 403 que consiste de dos partes separadas, una porción no movible 403a formada en una primer cara del substrato 101 y una porción movible 403b. El resonador sintonizable de acuerdo a la Figura 4 puede proporcionarse en donde cada lado del inductor superconductor 402 es de 25 mm de longitud y 2 mm de grosor, i.e., desde un borde externo hasta un borde interno. La porción no movible 403a del capacitor variable 403 puede formarse de dos porciones de 5 mm cuadrados separadas por 0.5 mm. La porción movible 403b del capacitor variable 403 puede ser de 5 mm de ancho y 10 mm de longitud y separado de la porción no movible 403a del capacitor variable 403 mediante una separación de 1 mm a 3 mm. Las Figuras 5a y 5b ilustran unas vistas en perspectiva de dos instalaciones alternativas de un resonador continuamente sintonizable de acuerdo a una modalidad ejemplificativa de la presente invención. Como se ilustra en las Figuras 5a y 5b, la porción movible 403b se instala sobre un accionador para mover de manera controlable la porción movible del capacitor variable 403b con respecto a la porción no movible 403a. La distancia entre la porción movible del capacitor variable 403b y la porción no movible 403a es de 1 mm a 3 mm. El accionador 502 se proporciona con un extremo movible 503 con relación al sustrato 101 en respuesta a una
tJ*Jt .Í:?J- A.A &. i señal de control aplicada 504. La porción movible del capacitor variable 403b se instala o de otra manera se forma, en el extremo movible del accionador 501 y se acopla capacitivamente a la porción no movible del capacitor variable 403a formado en la primer cara del sustrato 101. De acuerdo con lo anterior, a través de la aplicación de la señal de control 504, el valor del capacitor variable 403 puede cambiarse a través de un rango continuo al cambiar la posición relativa de la parte movible 403b a la parte no movible 403a. El voltaje de la señal de control puede variar desde 30V a -30V dependiendo del tipo de accionador utilizado. Ya que la frecuencia del resonador cambia con el valor del capacitor 403, la frecuencia del resonador puede mediante esto cambiarse a lo largo de un rango continuo. Se muestran dos diferentes modalidades del accionador 501 para el resonador superconductor sintonizable en las Figuras 5a y 5b. En la Figura 5a, se emplea un flector piezoeléctrico 502a para el accionador. En este caso, el voltaje de control 504 controla el movimiento del flector piezoeléctrico que puede colocarse en una dirección a lo largo del plano del sustrato 101. De manera alternativa, en la Figura 5b, un accionador de tubo piezoeléctrico 502b se emplea para el accionador 501 mediante lo cual el voltaje de control 504 mueve el accionador de tubo piezoeléctrico verticalmente con relación al plano del sustrato 101. Los accionadores flectores de múltiples capas piezoeléctricos y los accionadores de tubo piezoeléctricos se encuentran comercialmente disponibles de Polytec Pl . También pueden proporcionarse instalaciones alternativas del accionador 502 con relación al sustrato 101. En la Figura 6 se muestra una instalación alternativa del resonador mostrado en las Figuras 4 y 5. El resonador superconductor sintonizable 400 puede proporcionarse con un inductor superconductor 601 y un capacitor variable 602 que consiste de dos partes separadas, una porción no movible 602a y una porción movible 602b. La porción no movible del capacitor variable 602a se forma sobre un sustrato que tiene al menos un conector de línea principal 604 que tiene cada uno una pluralidad de puntas 603. La porción movible del capacitor variable 602b puede incluir un conector de línea principal 604 que tiene una pluralidad de puntas 603 instaladas de manera que las puntas 603 se encuentran en yuxtaposición movible con las puntas 603 de la porción no movible del capacitor variable 602a formando así una estructura de capacitor interdigitada. Esta instalación alternativa puede proporcionar mayor rango de cambio de capacitancia con relación a la colocación de las porciones movible y no movible del capacitor variable y en consecuencia un mayor rango de frecuencia de resonancia del circuito que se está sintonizando.
Un filtro superconductor sintonizable de acuerdo a la invención se muestra en la Figura 7 en donde una pluralidad de resonadores sintonizables, tales como aquellos mostrados en las Figuras 4 y 5 y descritos anteriormente, pueden utilizarse para formar un filtro sintonizable. De acuerdo con lo anterior, se describe un filtro de tres polos que tiene tres resonadores sintonizables como sigue. En este caso, se proporcionan tres resonadores superconductores 500, que tienen cada uno una porción no movible 402 y 403a y una porción movible (no mostrada en la Figura 7) . Como se describió anteriormente con respecto a las Figuras 4 y 5, la porción no movible de cada resonador superconductor comprende un inductor 402 formado en la primera cara del sustrato 101 y una porción no movible de un capacitor variable 403a también formada en la primer cara del sustrato 101. Además, los tres accionadores se proporcionan consistentes con aquellos descritos en relación a las Figuras 5a y 5b. Cada accionador tiene un extremo movible 503 que se mueve de manera controlable con relación al sustrato 101 en respuesta a un voltaje de control aplicado 504. Cada resonador también tiene una porción movible (no mostrada en la Figura 7) del capacitor variable 403b instalado en el extremo movible 503 del accionador 502. El accionador se coloca con respecto al sustrato 101 de manera que la porción movible 403b (no mostrada en la Figura 7) se encuentra en comunicación
*+?,á.?¿?áJ?k tt*?»*t?*,. ^,,„t,,^^_..^^.. - ..^ ^„J^_.,> ..-.^^^-q...^ .^?,í capacitiva con la porción no movible 403a del capacitor variable formado en la cara del sustrato. Las estructuras de acoplamiento de entrada y salida 703, 704 puede proporcionarse en cualquier cara del sustrato al detectar la resonancia de los circuitos. La estructura de acoplamiento de entrada 703 se acopla operativamente a al menos uno de los resonadores superconductores y, al menos una estructura de acoplamiento de salida 704 se acopla operativamente también a uno de los resonadores superconductores. Las estructuras de acoplamiento de entrada y salida 703, 704 pueden formarse como elementos inductores metálicos o formarse de un material de superconducción. Sin embargo, formar las estructuras de acoplamiento de entrada y salida a partir de un material superconductor, tal como el material utilizado para formar los resonadores de superconducción 500, ofrece ventajas en mantener alto un circuito Q y baja pérdida de inserción. Aunque la modalidad de la Figura 7 ilustra una configuración de filtro de 3 polos, se apreciará que las configuraciones de n-polo también son posibles, cuando n es el número de estructuras de resonador empleadas. La elección de dimensiones de las estructuras de acoplamiento depende de las dimensiones de un resonador superconductor correspondiente 500. El dispositivo de la Figura 7 puede fabricarse en un solo sustrato 101 en donde cada resonador superconductor
.Áá^iil -MlÉiá.^^.a^^ ?-* 500 es aproximadamente de 25 mm de longitud, 12 mm de ancho y 2 mm de grosor desde un borde externo hasta un borde interno . Cada porción no movible de un capacitor variable 403a puede ser de 3 mm cuadrados y separarse de otro por aproximadamente 5 0.5 mm de separación. La porción movible de cada capacitor variable 403b puede ser rectangular con dimensiones de aproximadamente 5 mm por 10 mm y separarse de una porción movible correspondiente de un capacitor variable 403a por 1 mm a 3 mm. A su vez, cada resonador superconductor 500 puede
10 separarse de otro en sus lados próximos por aproximadamente 2 mm. Las estructuras de acoplamiento de entrada y salida 703, 704 pueden colocarse de 1 mm a 2 mm del inductor 402 y de la porción no movible del capacitor variable 403a. El filtro superconductor sintonizable puede
15 proporcionarse en donde cada uno de los resonadores superconductores son resonantes a sustancialmente la misma frecuencia o son resonantes en una pluralidad de frecuencias, en donde cada una de la pluralidad de frecuencias corresponde a una de las estructuras de acoplamiento de salida. Así, de
20 acuerdo al diseño de tres polos mostrado en la Figura 7, los tres accionadores piezoeléctricos pueden utilizarse para sintonizar la frecuencia de banda ancha y de centro del filtro. En otra modalidad, el dispositivo superconductor
25 sintonizable puede tomar la forma ilustrada en la Figura 8 en
i -Í?? ^. ¡t-á** ***.!.**.**.^,- . ....^..j.^ .^b „..„,. _ , , „ „^^ . ». a_ . .^...^ ^.^ liji donde un resonador sintonizable y un filtro sintonizable pueden utilizarse como un resonador o un filtro en un dispositivo en donde se necesita un RF de alta calidad o resonador de microondas o filtro, tal como comunicaciones e imágenes de resonancia magnética (MRI) . De acuerdo con lo anterior, se proporciona un dispositivo superconductor sintonizable que tiene un resonador superconductor sintonizable para recibir una señal, teniendo el resonador superconductor sintonizable una porción no movible y una porción movible. La porción no movible del resonador superconductor sintonizable comprende un inductor 801 formado en una primer cara de un sustrato 101 y una porción de un capacitor variable 802 también formada en la primer cara del sustrato 101. El resonador superconductor sintonizable se hace sintonizable al proporcionar un accionador (no mostrado en la Figura 8) que tiene un extremo movible con relación al sustrato en respuesta a una señal de control aplicada tal como se ilustra en las Figuras 5a y 5b. La porción movible 803 del resonador superconductor sintonizable se instala en el extremo movible del accionador (no mostrado en la Figura 8) y se acopla capacitivamente mediante esto con la porción no movible 802 del capacitor variable formado en la cara del sustrato. Además, se proporciona una estructura de acoplamiento 804, 805 para equilibrar la impedancia del resonador a un dispositivo que puede emplear el dispositivo superconductor sintonizable. La estructura de acoplamiento comprende una porción no movible que incluye un inductor 804 y una porción movible 806 de un capacitor variable 805 que se coloca en la cara del sustrato a fin de acoplarse operativamente al resonador superconductor sintonizable. También puede proporcionarse un segundo accionador (no mostrado en la Figura 8) , consistente con aquellos ilustrados en las Figuras 5a y 5b, que tiene un extremo movible con relación al sustrato 101 en respuesta a un voltaje de control aplicado. La porción movible 806 de la estructura de acoplamiento puede instalarse o de otro modo formarse, en el extremo movible del segundo accionador de manera que la porción movible 806 de la estructura de acoplamiento se acople capacitivamente con la porción no movible 805 de la estructura de acoplamiento. De esta manera, la estructura de acoplamiento proporciona un capacitor variable sintonizable para equilibrar la impedancia con un dispositivo que utiliza el dispositivo superconductor sintonizable. Es posible una modalidad alternativa en donde la estructura de acoplamiento se proporciona como un resonador superconductor para mayor Q y menor pérdida de inserción. En operación, el primer accionador (no mostrado en la Figura 8) y la primer parte movible 803 tienen en general un efecto primario en la frecuencia resonante del dispositivo. El segundo accionador
liSS» í-sA- .¿¿Ssjéfei^^j y la segunda parte movible 806 se ajustan para efectuar un cambio en la impedancia del dispositivo. Así, tanto la frecuencia de resonancia como la impedancia característica del dispositivo pueden sintonizarse. El filtro sintonizable superconductor puede utilizarse para filtrar la señal de un receptor convencional o pre-amplificar hasta lograr una mayor proporción señal-a- ruido y menor pérdida de inserción. La sintonizabilidad del filtro sintonizable superconductor puede utilizarse en una estación base de una red de comunicación celular que necesita mayor sensiblidad y conmutación de canal rápida y en una prueba de representación de imágenes de resonancia magnética
(MRI) necesita mayor sensiblidad y puede necesitar conmutación de frecuencia rápida para las señales de resonancia de sensibilidad de los núcleos con rotaciones diferentes . El resonador sintonizable supercoductor puede utilizarse como una prueba MRI permitiendo mediante esto sintonizar la frecuencia resonante del receptor desde una frecuencia de resonancia magnética de una rotación nuclear particular para aquella de otra sin pruebas de cambio. El capacitor variable en el resonador sintonizable superconductor puede adaptarse para equilibrar la capacitancia del resonador en el circuito de detección MRI para realizar el acoplamiento eléctrico-controlado .
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Con respecto a la fabricación de una modalidad ejemplificativa de un resonador superconductor sintonizable de acuerdo con la invención, el sustrato es un sustrato de microplaqueta (LAO) de aluminato de lantano de dos pulgadas que tiene un grosor de aproximadamente 20 mm. Un material adecuado para el superconductor es el óxido de itrio-bario- cobre (YBCO) que se deposita como una capa con un grosor de 200 nm sobre el sustrato. La película de YBCO puede depositarse en el sustrato a una temperatura en el rango de 700 -800 °C utilizando ablasión de láser o un método de deposición electrónica. El sustrato LAO y el material YBCO se encuentran disponibles de varios vendedores comerciales, incluyendo Dupont . El material YBCO es superconductor a temperaturas arriba de aproximadamente 77 grados K. LAO es un material de sustrato preferido cuando se utiliza YBCO para formar la estructura de capa superconductora debido a la alta compatibilidad en el acoplamiento de retículo entre aquellos materiales de las estructuras cristalinas respectivas. Otros materiales de sustrato adecuados incluyen óxido de magnesio (MgO) y titanato de estroncio (STO) . Un resonador ejemplificativo, tal como el ilustrado en la Figura 1, puede formarse utilizando una película de YBCO en un sustrato LAO limpio, mediante un proceso de modelo foto litográfico de acuerdo al siguiente procedimiento.
Primero, una fotoprotección, tal como Microposit S1813, manufacturado por Shepley of Marlborough, Massachusetts, se aplica a un lado del sustrato que se centrifuga inicialmente a 300 rpm durante 5 seg y después a 4500 rpm durante 50 segundos para establecer una película sustancialmente uniforme. El sustrato se calienta entonces a aproximadamente 120 °C durante 1 minuto hasta secar la película. Después que el sustrato se deja enfriar, se utiliza una fotomáscara positiva del modelo resonador para enmascarar la película YBCO cubierta con la fotoprotección. La película YBCO cubierta con la fotoprotección expuesta se somete entonces a la exposición con luz UV a través de la fotomáscara a una energía de 150 mJ/cm2. La fotoprotección expuesta sobre la película de YBCO se coloca en una solución reveladora, tal como Microposit MF321, manufacturada por Shepley de Marlborough, Massachusetts, durante 1 minuto a temperatura ambiente. Una vez revelado, el modelo resonador puede realizarse mediante el ataque micrográfico lejos de las áreas de la película YBCO bajo al fotoprotección expuesta en solución de ácido fosfórico diluido al 1%, disponible de Olin Microelectronic Material, Inc., de Norwalk Connecticut, durante 80 segundos para una capa de 300 nm de YBCO. El sustrato debe limpiarse entonces para retirar cualquier remanente fotoresistente . Esto puede realizarse al colocar el sustrato en un solvente, tal como acetona, durante aproximadamente 2 minutos. Para proteger la estructura en espiral superconductora formada en un lado a partir del ataque micrográfico subsecuente mientras se forman las estructuras de entrada y salida en el lado opuesto, puede aplicarse una capa protectora del fotoprotector, secarse, exponerse y revelarse como se describió anteriormente. Las siguientes etapas pueden emplearse para formar almohadillas de contacto en cualquier lado del sustrato. El lado del sustrato se limpia para retirar la suciedad y cualquier foto resistencia. Después, el fotoprotector se aplica, se centrifuga, seca y expone de manera sustancialmente igual a la anteriormente descrita, excepto que la máscara negativa se utiliza para las almohadillas de contacto. De manera alternativa, la almohadilla de máscara de contacto puede elaborarse de lámina de aluminio si se hace cuidadosamente. El sustrato se sumerge entonces en clorobenceno durante 50 segundos y se revela entonces, como se describió arriba. Se forma un recubrimiento metálico en las áreas de contacto que se limpiaron al revelar la fotoresistencia expuesta al depositar 200 nanómetros de Ag y después 100 nanómetros de Au. Un proceso de levantamiento puede emplearse después para retirar el superconductor no expuesto, tal como al utilizar acetona. Si se desea la fijación, la estructura resultante puede fijarse en un ambiente de oxígeno puro, 02 a 520-550 °C de presión atmosférica durante 5 minutos. Pueden unirse alambres de oro a las almohadillas de contacto utilizando un unidor de alambre. Para el contacto óptimo, la microplaqueta debe calentarse a 120°C. La fabricación de la porción movible del resonador superconductor puede proporcionarse de acuerdo al proceso descrito anteriormente y conectarse o de otra manera formarse, en el extremo movible del accionador de acuerdo a los métodos convencionales. Aunque la presente invención se ha descrito en relación a modalidades ejemplificativas específicas, debe entenderse que pueden hacerse varios cambios, sustituciones y alteraciones a las modalidades descritas sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se establece en las reivindicaciones anexas.