RU2258279C1

RU2258279C1 - Slotted line

Info

Publication number: RU2258279C1
Application number: RU2004105082/09A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Мироненко (RU); И.Г. Мироненко; С.Ф. Карманенко (RU); С.Ф. Карманенко; А.А. Иванов (RU); А.А. Иванов; А.А. Семенов (RU); А.А. Семенов; М.В. Павловска (RU); М.В. Павловская
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-08-10
Also published as: WO2005078856A1

Abstract

FIELD: microwave radio electronics.

SUBSTANCE: proposed slotted line that can be used to build devices with electrically uncontrollable gain-frequency or phase-frequency response characteristics has external electrodes formed on ferroelectric film applied to insulating substrate. Disposed between external electrodes are internal ones whose maximum quantity is three.

EFFECT: reduced attenuation of slot mode caused by final conductivity of electrodes; reduced control voltage.

9 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемая щелевая линия относится к области радиоэлектроники СВЧ диапазона и может быть использована как основа для построения устройств с электрически управляемыми амплитудно-частотными (АЧХ) или фазо-частотными (ФЧХ) характеристиками.The proposed slot line relates to the field of microwave electronics and can be used as the basis for the construction of devices with electrically controlled amplitude-frequency (AFC) or phase-frequency (PFC) characteristics.

Известны щелевые линии ("Сегнетоэлектрики в технике СВЧ" под редакцией Вендика О.Г. 1979 г., стр.144), образованные двумя внешними электродами на поверхности диэлектрической пластины. Основной тип колебаний в таких линиях "щелевой мод" обладает слабой частотной дисперсией и по этому параметру близок к ТЕМ-типу колебаний двухпроводной линии передачи, а распределение поля щелевого мода близко к распределению ТЕ01 - волны прямоугольного волновода. Возможности управления характеристиками таких линий малы.Slit lines are known ("Ferroelectrics in the microwave technique" edited by Vendik OG 1979, p. 144), formed by two external electrodes on the surface of the dielectric plate. The main type of oscillation in such lines of the “slotted mode” has a weak frequency dispersion and is close in this parameter to the TEM type of oscillation of the two-wire transmission line, and the distribution of the field of the slotted mode is close to the distribution of TE01 — the wave of a rectangular waveguide. The ability to control the characteristics of such lines is small.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к предлагаемой является щелевая линия, в которой внешние электроды сформированы на поверхности сегнетоэлектрической пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку (А.Б.Козырев, М.М.Гайдуков и др. "Волноводно-щелевой 60 GHz фазовращатель на основе (Ва, Sr)TiO₃ сегнетоэлектрической пленки." Письма в ЖТФ, 2002, том 28, вып.6, с.51-57). В такой конструкции заложена возможность управления фазовой скоростью щелевого мода за счет нелинейности диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрической пленки по отношению к управляющему напряжению. Рассматриваемая линия является основой для построения устройств с электрически управляемыми АЧХ и ФЧХ в диапазоне СВЧ.The closest set of essential features to the proposed one is the slit line in which the external electrodes are formed on the surface of a ferroelectric film deposited on a dielectric substrate (A.B. Kozyrev, M.M. Gaidukov and others. "A waveguide-slot 60 GHz phase shifter based on (Ва, Sr) TiO ₃ ferroelectric film. "Letters in ЖТФ, 2002, Volume 28, Issue 6, pp. 51-57). Such a design provides the possibility of controlling the phase velocity of the slot mode due to the nonlinearity of the dielectric constant of the ferroelectric film with respect to the control voltage. The line under consideration is the basis for constructing devices with electrically controlled frequency response and phase response in the microwave range.

Недостатком известной щелевой линии является высокий уровень затухания щелевого мода, вызванный конечной проводимостью электродов.A disadvantage of the known slot line is the high attenuation of the slot mode caused by the finite conductivity of the electrodes.

Управляющее напряжение подается на электроды, при этом напряженность управляющего поля в пленке определяется расстоянием между ними. Из-за малой толщины d₁ сегнетоэлектрической пленки напряженность электрического поля постоянна по толщине пленки в пространстве между электродами щели. Поскольку значение диэлектрической проницаемости ε₁ пленки примерно на два порядка больше диэлектрической проницаемости подложки, то можно считать, что напряженность поля в пленке будет близка к значению, равному частному от деления напряжения между электродами на ширину зазора между ними. Таким образом, если напряженность поля, требуемая для максимального изменения диэлектрической проницаемости пленки, равна, например, 3 В/мкм, то при управляющем напряжении 30 В ширина зазора между электродами должна быть 10 мкм. С уменьшением расстояния между электродами возрастает доля электромагнитной энергии, распространяющейся в объеме электродов, которые можно рассматривать как диэлектрик с очень большим тангенсом угла потерь и, следовательно, увеличивается затухание электромагнитной волны.The control voltage is supplied to the electrodes, while the intensity of the control field in the film is determined by the distance between them. Due to the small thickness d _{1 of the} ferroelectric film, the electric field strength is constant over the thickness of the film in the space between the gap electrodes. Since the dielectric constant ε _{1 of the} film is approximately two orders of magnitude greater than the dielectric constant of the substrate, we can assume that the field strength in the film will be close to the value equal to the quotient of dividing the voltage between the electrodes by the gap width between them. Thus, if the field strength required for the maximum change in the dielectric constant of the film is, for example, 3 V / μm, then with a control voltage of 30 V, the gap width between the electrodes should be 10 μm. As the distance between the electrodes decreases, the fraction of electromagnetic energy propagating in the volume of the electrodes increases, which can be considered as a dielectric with a very large loss tangent and, therefore, the attenuation of the electromagnetic wave increases.

Результаты электродинамического моделирования волновых процессов отражены на фиг.1, где представлены графические зависимости затухания α щелевого мода, обусловленного потерями в металлических электродах, от величины ε₁d₁ (Мироненко И.Г, Иванов А.А. "Расчет затухания в щелевой и копланарной линиях, образованных в структуре "сегнетоэлектрическая пленка - диэлектрическая подложка" Письма в ЖТФ, 2002, том 28, вып.5, стр.33-37). В щелевой линии при расстоянии между внешними электродами, равном 10 мкм, затухание α щелевого мода, вызванное проводимостью электродов, лежащей в диапазоне (4-5)·10⁷1/Ом·м, составляет (0,2-0,1) дБ на 1 мм длины линии. Этот уровень затухания неприемлем для радиоэлектронных устройств на основе щелевых линий, протяженность которых составляет несколько десятков миллиметров.The results of electrodynamic modeling of wave processes are shown in Fig. 1, which shows the graphical dependences of the attenuation α of the gap mode due to losses in metal electrodes on ε ₁ d ₁ (Mironenko I.G., Ivanov A.A. "Calculation of attenuation in the gap and coplanar lines formed in the structure of a “ferroelectric film - dielectric substrate" Letters in ЖТФ, 2002, volume 28, issue 5, p. 33-37). In the gap line at a distance between the external electrodes of 10 μm, attenuation α of the gap mode, caused by conductivity u of electrodes lying in the range (4-5) · 10 ⁷ 1 / Ohm · m, is (0.2-0.1) dB per 1 mm of line length.This attenuation level is unacceptable for electronic devices based on slotted lines, the length of which is several tens of millimeters.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание щелевой линии с малым уровнем затухания щелевого мода, вызванного конечной проводимостью электродов.The problem to which the invention is directed is to create a slit line with a low level of attenuation of the slit mode caused by the finite conductivity of the electrodes.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая щелевая линия содержит, как и известная, внешние электроды, сформированные на поверхности сегнетоэлектрической пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку. В отличие от известной в предлагаемой щелевой линии между внешними электродами расположены внутренние электроды, наименьшее число которых равно трем.The problem is solved due to the fact that the proposed slot line contains, like the known one, external electrodes formed on the surface of a ferroelectric film deposited on a dielectric substrate. In contrast to the known in the proposed slot line between the external electrodes are internal electrodes, the smallest number of which is three.

Электромагнитная энергия, подведенная к многощелевой линии, распространяется в объеме, определяемом несколькими зазорами между внутренними и внешними электродами, что приближает ее к известной щелевой линии, у которой расстояние между внешними электродами равно сумме зазоров между электродами многощелевой линии. При этом плотность электрического тока во внутренних электродах имеет преимущественную поперечную (по ширине электрода) составляющую. Вклад в результирующее затухание электромагнитной энергии в многощелевой линии, вызванное током во внутренних электродах, будет тем меньше, чем больше их число. Приведенные выше качественные соображения относительно параметров затухания основаны на результатах электродинамического моделирования волновых процессов, приведенных на фиг.1 и 2.The electromagnetic energy supplied to the multi-slit line propagates in a volume determined by several gaps between the internal and external electrodes, which brings it closer to the known slot line, in which the distance between the external electrodes is equal to the sum of the gaps between the electrodes of the multi-slit line. In this case, the electric current density in the internal electrodes has a predominant transverse (across the width of the electrode) component. The contribution to the resulting attenuation of electromagnetic energy in the multi-slit line caused by the current in the internal electrodes will be the smaller, the greater their number. The above qualitative considerations regarding the attenuation parameters are based on the results of electrodynamic modeling of wave processes shown in figures 1 and 2.

На фиг.1 показаны значения параметра затухания α щелевого мода, обусловленного потерями в металлических электродах, для известной щелевой линии, на фиг.2 - для многощелевой линии. Различные точки соответствуют различным сочетаниям диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрической пленки ε₁, ее толщины d₁ и ширины зазоров s. На фиг.2 показано изменение параметров затухания щелевого мода в зависимости от количества внутренних электродов N в пределах от 3 до 10.Figure 1 shows the attenuation parameter α of the slot mode due to losses in metal electrodes for a known slot line, and figure 2 for a multi-slot line. Different points correspond to different combinations of the dielectric constant of the ferroelectric film ε ₁ , its thickness d ₁ and the gap width s. Figure 2 shows the change in the attenuation parameters of the slot mode, depending on the number of internal electrodes N in the range from 3 to 10.

В качестве известной щелевой линии рассмотрена щелевая линия, в которой сегнетоэлектрическая пленка имеет диэлектрическую проницаемость ε₁=1500 и толщину d₁, равную 0,67 мкм (произведение ε₁d₁=1,0 мм). Она нанесена на диэлектрическую подложку с ε₂=10 и d₂=0,4 мм. В случае многощелевой линии, содержащей три внутренних электрода, затухание щелевого мода имеет практически одинаковое значение с затуханием в известной щелевой линии (отмечено звездочкой в поле фиг.1 и 2). При этом известная линия имеет ширину 0,2 мм, а многощелевая линия с тремя внутренними электродами (N=3 и, соответственно, 4 зазора) имеет ширину зазора w между электродами по 0,05 мм и обладает эквивалентной шириной зазоров 0,2 мм. Расстояние между внешними электродами в ней равно 0,35 мм. При одинаковых геометрических параметрах рассмотренных линий уровень затухания щелевого мода в многощелевой линии меньше по сравнению со щелевой линией в количество раз, равное количеству внутренних электродов.As a known slot line, a slot line is considered in which the ferroelectric film has a dielectric constant ε ₁ = 1500 and a thickness d ₁ equal to 0.67 μm (product ε ₁ d ₁ = 1.0 mm). It is deposited on a dielectric substrate with ε ₂ = 10 and d ₂ = 0.4 mm. In the case of a multi-slit line containing three internal electrodes, the attenuation of the slot mode is almost the same as the attenuation in the known slot line (marked with an asterisk in the field of FIGS. 1 and 2). Moreover, the known line has a width of 0.2 mm, and a multi-slit line with three internal electrodes (N = 3 and, respectively, 4 gaps) has a gap width w between the electrodes of 0.05 mm and has an equivalent gap width of 0.2 mm. The distance between the external electrodes in it is 0.35 mm. For the same geometric parameters of the considered lines, the attenuation level of the slot mode in the multi-slot line is less than the slot line by an amount equal to the number of internal electrodes.

Как следует из графиков на фиг.1 и фиг.2, увеличение количества внутренних электродов при прочих равных условиях приводит к снижению затухания щелевого мода в щелевой линии по сравнению с аналогичным параметром известной линии, при этом снижается управляющее напряжение. Сравнительный анализ показывает, что при увеличении толщины сегнетоэлектрической пленки (при том же значении диэлектрической проницаемости), или при возрастании количества внутренних электродов, или при уменьшении ширины зазоров и электродов уровень затухания электромагнитной энергии в предлагаемой линии становится значительно меньше по сравнению с эквивалентной известной линией. Однако при количестве внутренних электродов N, равном 9, увеличение их числа нецелесообразно, т.к. при N>9, с одной стороны, параметр затухания α практически не зависит от N (фиг.2), с другой стороны, увеличение числа электродов приводит к дополнительным технологическим ограничениям. Изложенные выше соображения показывают, что в предлагаемой щелевой линии достигается технический результат - снижение затухания электромагнитной энергии. Помимо этого снижается величина управляющего напряжения, т.к. ширина зазоров между электродами в многощелевой линии меньше, чем в известной.As follows from the graphs in figure 1 and figure 2, an increase in the number of internal electrodes, ceteris paribus, reduces the attenuation of the slot mode in the slot line compared to the same parameter of the known line, while the control voltage is reduced. A comparative analysis shows that with an increase in the thickness of the ferroelectric film (with the same value of the dielectric constant), or with an increase in the number of internal electrodes, or with a decrease in the width of the gaps and electrodes, the level of attenuation of electromagnetic energy in the proposed line becomes significantly lower compared to the equivalent known line. However, with the number of internal electrodes N equal to 9, an increase in their number is impractical, because at N> 9, on the one hand, the attenuation parameter α is practically independent of N (Fig. 2), on the other hand, an increase in the number of electrodes leads to additional technological limitations. The above considerations show that in the proposed slot line, a technical result is achieved - a decrease in the attenuation of electromagnetic energy. In addition, the value of the control voltage decreases, because the gap width between the electrodes in the multi-slit line is less than in the known one.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 2 формулы изобретения, включающая все признаки пункта 1, характеризует щелевую линию, в которой в качестве материала диэлектрической подложки использован монокристаллический материал, а в пункте 3 конкретизирован выбор монокристаллического материала - алюминат лантана (LaAlO₃). Выбор монокристаллического материала в качестве подложки позволяет осуществить эпитаксиальный рост качественной сегнетоэлектрической пленки. Кроме того, алюминат лантана имеет близкие структурные характеристики с материалом сегнетоэлектрической пленки - титанатом бария стронция Ba_xSr_1-xTiO₃ (BSTO), что позволяет снизить механические напряжения на границе пленка-подложка. Значение диэлектрической проницаемости ε₂ алюмината лантана равно 20. Он имеет малые диэлектрические потери (tgδ менее 10^-4 в СВЧ диапазоне).The set of features set forth in paragraph 2 of the claims, including all the features of paragraph 1, characterizes a slit line in which a single-crystal material is used as the material of the dielectric substrate, and in paragraph 3, the choice of a single-crystal material - lanthanum aluminate (LaAlO ₃ ) is specified. The choice of a single-crystal material as a substrate allows epitaxial growth of a high-quality ferroelectric film. In addition, lanthanum aluminate has similar structural characteristics with the material of the ferroelectric film - strontium barium titanate Ba _x Sr _1-x TiO ₃ (BSTO), which reduces mechanical stresses at the film-substrate interface. The dielectric constant ε _{2 of} lanthanum aluminate is 20. It has low dielectric losses (tanδ less than 10 ^-4 in the microwave range).

Совокупность признаков, изложенная в пункте 4 формулы изобретения, включающая признаки пункта 3, характеризует щелевую линию, в которой толщина диэлектрической подложки из алюмината лантана лежит в диапазоне (0,3-0,5) мм, а толщина сегнетоэлектрической пленки титаната бария стронция лежит в диапазоне (0,5-1,0) мкм. Эти параметры обеспечивают наилучшее сочетание управляемости и параметра затухания щелевого мода при использовании указанных толщин пленки и подложки.The set of features set forth in paragraph 4 of the claims, including the features of paragraph 3, characterizes the slit line in which the thickness of the dielectric substrate of lanthanum aluminate lies in the range (0.3-0.5) mm, and the thickness of the ferroelectric film of strontium barium titanate lies in range (0.5-1.0) microns. These parameters provide the best combination of controllability and the attenuation parameter of the slot mode when using the specified film and substrate thicknesses.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 5 формулы изобретения, включающая все признаки пункта 1, характеризует щелевую линию, в которой в качестве материала диэлектрической подложки использован поликристаллический материал, а в пункте 6 конкретизирован выбор поликристаллического материала, а именно поликристаллический корунд (поликор). Выбор материала подложки ограничен диэлектрическими материалами, обладающими значением диэлектрической проницаемости ε₂, лежащим в диапазоне 7÷100, низким значением тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ менее 10^-4 в СВЧ диапазоне). Могут использоваться как монокристаллические пластины, так и поликристаллические материалы, но важным преимуществом поликристаллических подложек является их низкая стоимость.The set of features set forth in paragraph 5 of the claims, including all the features of paragraph 1, characterizes a slit line in which polycrystalline material is used as the material of the dielectric substrate, and in paragraph 6, the choice of polycrystalline material, namely polycrystalline corundum (polycorr), is specified. The choice of substrate material is limited by dielectric materials having a dielectric constant ε ₂ lying in the range of 7 ÷ 100 and a low dielectric loss tangent (tanδ less than 10 ^-4 in the microwave range). Both single-crystal wafers and polycrystalline materials can be used, but an important advantage of polycrystalline substrates is their low cost.

Поликор обладает следующими параметрами: ε₂=9,8, тангенс угла потерь tgδ менее 10^-4 в СВЧ диапазоне, кроме того, поликор имеет высокую механическую прочность и хорошо интегрируется с другими электронными компонентами.The polycor has the following parameters: ε ₂ = 9.8, the loss tangent tanδ less than 10 ^-4 in the microwave range, in addition, the polycor has high mechanical strength and integrates well with other electronic components.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 7 формулы изобретения, включающая признаки пункта 6, характеризует щелевую линию, в которой толщина диэлектрической подложки из поликора лежит в диапазоне (0,3-0,5) мм, а толщина сегнетоэлектрической пленки титаната бария стронция лежит в диапазоне (0,5-1,0) мкм. Эти параметры обеспечивают наилучшее сочетание управляемости и параметра затухания щелевого мода.The set of features set forth in paragraph 7 of the claims, including the features of paragraph 6, characterizes a slit line in which the thickness of the dielectric substrate from the polycor lies in the range (0.3-0.5) mm, and the thickness of the ferroelectric film of strontium barium titanate lies in the range (0.5-1.0) microns. These parameters provide the best combination of controllability and slot mode attenuation parameter.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 8 формулы изобретения, включающая признаки пункта 1, характеризует щелевую линию, в которой толщина материала электродов лежит в диапазоне (3-4) мкм. Указанная толщина электродов обеспечивает удельное сопротивление металлической пленки, сравнимое с удельным сопротивлением объемных образцов.The set of features set forth in paragraph 8 of the claims, including the features of paragraph 1, characterizes the slit line in which the thickness of the electrode material lies in the range (3-4) microns. The indicated thickness of the electrodes provides the resistivity of the metal film, comparable with the resistivity of bulk samples.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 9 формулы изобретения, включающая признаки пункта 1, характеризует щелевую линию, в которой количество внутренних электродов является нечетным числом. Это объясняется тем, что наиболее надежный и простой способ подачи напряжения смещения реализуется в том случае, когда внешние электроды имеют потенциал корпуса металлического волновода, а противоположный потенциал подается на внутренние электроды. Поэтому наибольший практический интерес представляют конструкции с нечетным количеством внутренних электродов.The set of features set forth in paragraph 9 of the claims, including the features of paragraph 1, characterizes the slot line in which the number of internal electrodes is an odd number. This is explained by the fact that the most reliable and simplest method of supplying bias voltage is realized when the external electrodes have the potential of the metal waveguide body and the opposite potential is supplied to the internal electrodes. Therefore, constructions with an odd number of internal electrodes are of the greatest practical interest.

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

фиг.1 - графическая зависимость параметра затухания от величины ε₁d₁ в известной линии;figure 1 is a graphical dependence of the attenuation parameter on the value of ε ₁ d ₁ in a known line;

фиг.2 - графическая зависимость параметра затухания от числа электродов в предлагаемой линии;figure 2 is a graphical dependence of the attenuation parameter on the number of electrodes in the proposed line;

фиг.3 - конструкция щелевой линии;figure 3 - construction of the slit line;

фиг.4 -схема конструкции фазовращателя, выполненного на основе предлагаемой щелевой линии;4 is a diagram of the construction of a phase shifter made on the basis of the proposed slot line;

фиг.5 - графическая зависимость сдвига максимума распределения поля от величины напряжения смещения.figure 5 is a graphical dependence of the shift of the maximum field distribution on the magnitude of the bias voltage.

Рассмотрим конструкцию предлагаемой щелевой линии (фиг.3). Она состоит из диэлектрической подложки 1 с нанесенной на нее сегнетоэлектрической пленкой 2, на которой сформированы внешние электроды 3 и внутренние электроды 4. Основным материалом для применения в качестве сегнетоэлектрической пленки является титанат бария стронция. Для подложек используют диэлектрические материалы, обладающие значением диэлектрической проницаемости ε в диапазоне = 7÷100, низким значением тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ менее 10^-4 в СВЧ диапазоне). Могут использоваться как монокристаллические пластины, имеющие близкие структурные характеристики с материалом сегнетоэлектрика BSTO, так и поликристаллические материалы. Важными характеристиками подложек являются наличие высоких механических характеристик, применимость в микроэлектронике для последующей интеграции с другими электронными компонентами, а также стоимость подложки.Consider the design of the proposed slot line (figure 3). It consists of a dielectric substrate 1 with a ferroelectric film 2 deposited on it, on which external electrodes 3 and internal electrodes 4 are formed. The main material for use as a ferroelectric film is strontium barium titanate. For substrates, dielectric materials are used having a dielectric constant ε in the range = 7 ÷ 100, a low dielectric loss tangent (tanδ less than 10 ^-4 in the microwave range). Both single-crystal plates having similar structural characteristics with the BSTO ferroelectric material and polycrystalline materials can be used. Important characteristics of the substrates are the presence of high mechanical characteristics, applicability in microelectronics for subsequent integration with other electronic components, as well as the cost of the substrate.

Возможные варианты изготовления щелевой линии следующие. В качестве подложки используется LaAlO₃. На подложку наносят пленку Ba_xSr_1-xTiO₃. Значение х находится в диапазоне (0,3÷0,6). Для получения пленок сегнетоэлектрика с толщиной (0,5÷1,0) мкм применяется метод ионно-плазменного распыления керамических или порошковых мишеней исходного материала BSTO. Затем на поверхность пленки BSTO осаждается слой меди толщиной около 3 мкм. По металлическому слою на поверхности сегнетоэлектрической пленки проводится литографическая обработка и химическое травление металла по фоторезистной маске. Изготовленная интегральная структура разрезается на чипы, которые проходят измерения геометрических и диэлектрических параметров. Полученная таким образом щелевая линия является основой для построения устройств с электрически управляемыми АЧХ и ФЧХ в диапазоне СВЧ.Possible options for making a slit line are as follows. As the substrate used LaAlO ₃ . A Ba _x Sr _1-x TiO ₃ film is applied to the substrate. The value of x is in the range (0.3 ÷ 0.6). To obtain ferroelectric films with a thickness of (0.5 ÷ 1.0) μm, the method of ion-plasma sputtering of ceramic or powder targets of the BSTO source material is used. Then, a copper layer about 3 μm thick is deposited on the surface of the BSTO film. Lithographic processing and chemical etching of the metal using a photoresist mask are performed on a metal layer on the surface of a ferroelectric film. The fabricated integrated structure is cut into chips that undergo measurements of geometric and dielectric parameters. The slit line thus obtained is the basis for constructing devices with electrically controlled frequency response and phase response in the microwave range.

В качестве примера радиоэлектронного устройства, изготовленного на основе предлагаемой щелевой линии, рассмотрим фазовращатель. Основным назначением фазовращателя является регулирование фазы сигнала при изменении скорости распространения электромагнитной волны, которая, в свою очередь, зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрической пленки. Изменение диэлектрической проницаемости происходит под воздействием приложенного электрического поля. Конструкция фазовращателя показана на (фиг.4). Фазовращатель изготовлен на основе щелевой линии, сформированной на пластине поликора длиной 28 мм, шириной 6 мм и толщиной 0,5 мм. Пленка BSTO имеет толщину 0,6 мкм, диэлектрическую проницаемость ε₁=1500 и тангенс угла диэлектрических потерь tgδ=0,03 на частоте 30 ГГц. Электродная топология на поверхности пленки BSTO образует отрезок щелевой линии с тремя внутренними электродами. Толщина медных электродов составляет 3 мкм. Ширина внутренних электродов равна 50 мкм, расстояние между ними 50 мкм. Длина внутренних электродов короче длины внешних на величину, кратную длине волны. Такая конфигурация электродов обеспечивает согласование щелевой линии с прямоугольным волноводом, имеющим сечение 3,2×7,4 мм. Измерение фазового сдвига Δφ проводилось на частоте 25-30 ГГц.As an example of a radio electronic device made on the basis of the proposed slot line, consider a phase shifter. The main purpose of the phase shifter is to control the phase of the signal when the propagation speed of the electromagnetic wave changes, which, in turn, depends on the dielectric constant of the dielectric film. The change in dielectric constant occurs under the influence of an applied electric field. The design of the phase shifter is shown in (figure 4). The phase shifter is made on the basis of a slit line formed on a polycor plate 28 mm long, 6 mm wide and 0.5 mm thick. The BSTO film has a thickness of 0.6 μm, a dielectric constant ε ₁ = 1500 and a dielectric loss tangent tanδ = 0.03 at a frequency of 30 GHz. The electrode topology on the surface of the BSTO film forms a slit line segment with three internal electrodes. The thickness of the copper electrodes is 3 μm. The width of the internal electrodes is 50 μm, the distance between them is 50 μm. The length of the internal electrodes is shorter than the length of the external ones by an amount multiple of the wavelength. This configuration of the electrodes ensures matching of the slit line with a rectangular waveguide having a cross section of 3.2 × 7.4 mm. The phase shift Δφ was measured at a frequency of 25-30 GHz.

Конструкция щелевой линии имеет систему коммутации 5, которая обеспечивает короткое замыкание СВЧ поля и холостой ход по постоянному току на конце щелевой линии; в ней реализуется чередование знака электрического потенциала на соседних электродах. На графике (фиг.5) показана зависимость сдвига максимума распределения поля от величины приложенного напряжения. Из приведенной зависимости следует, что фазовый сдвиг фазовращателя составляет около 270 градусов при напряжении смещения 500 В.The design of the slit line has a switching system 5, which provides a short circuit in the microwave field and idle direct current at the end of the slit line; it implements alternation of the sign of the electric potential at adjacent electrodes. The graph (figure 5) shows the dependence of the shift of the maximum field distribution on the magnitude of the applied voltage. From the above dependence it follows that the phase shift of the phase shifter is about 270 degrees at a bias voltage of 500 V.

Проведенные эксперименты показывают, что суммарные, вызывающие затухания, потери составили 5 дБ для линии длиной 24 мм. Под суммарными потерями понимаются потери в металлических электродах и потери в сегнетоэлектрической пленке. Из графика (фиг.2) видно, что в многощелевой линии с общей шириной всех зазоров 200 мкм (4 зазора по 50 мкм) потери в металле составляют 0,9 дБ (0,037 дБ/мм). Следовательно, потери в пленке BSTO равны 4,1 дБ. Для щелевой линии той же длины с шириной зазора 50 мкм (фиг.1) потери в металле составляют 2,4 дБ (0,1 дБ/мм) и, следовательно, суммарные потери 6,5 дБ.The experiments show that the total loss-causing loss was 5 dB for a 24 mm line. Total losses are understood as losses in metal electrodes and losses in a ferroelectric film. From the graph (figure 2) it can be seen that in a multi-slit line with a total width of all gaps of 200 μm (4 gaps of 50 μm each), the loss in the metal is 0.9 dB (0.037 dB / mm). Therefore, the loss in the BSTO film is 4.1 dB. For a slit line of the same length with a gap width of 50 μm (FIG. 1), the metal loss is 2.4 dB (0.1 dB / mm) and, therefore, the total loss is 6.5 dB.

Claims

1. A slit line containing a dielectric substrate with a ferroelectric film deposited on it, on the surface of which external electrodes are formed, characterized in that between the external electrodes parallel electrodes are formed, the smallest number of which is three.

2. The slit line according to claim 1, characterized in that single-crystal material is used as the substrate material.

3. The slit line according to claim 1, characterized in that lanthanum aluminate is used as the material of the dielectric substrate, and strontium barium titanate is used as the material of the ferroelectric film.

4. The slit line according to claim 3, characterized in that the thickness of the dielectric substrate of lanthanum aluminate lies in the range (0.3-0.5) mm, and the thickness of the ferroelectric film of strontium barium titanate lies in the range (0.5-1, 0) microns.

5. The slit line according to claim 1, characterized in that polycrystalline material is used as the substrate material.

6. The slit line according to claim 1, characterized in that a polycrystalline corundum plate is used as the material of the dielectric substrate, and strontium barium titanate is used as the material of the ferroelectric film.

7. The slit line according to claim 6, characterized in that the thickness of the dielectric substrate of polycrystalline corundum lies in the range (0.3-0.5) mm, and the thickness of the ferroelectric film of strontium barium titanate lies in the range (0.5-1, 0) microns.

8. The slit line according to claim 1, characterized in that the thickness of the material of the electrodes lies in the range (3-4) microns.

9. The slit line according to claim 1, characterized in that the number of internal electrodes is an odd number.