SE516031C2 - Omkopplingsbar mikrovågsanordning - Google Patents

Description

25 30 35 o o a ø . o u - n ø ~ - ~ ø v o o. 516 oz 2 elektriskt ledande material. I en föredragen geometrisk utformning är de vid sidorna liggande remsformiga ledningarna åtskilda från den centrala mikrostripledningen av föns- ter, som i den centrala mikrostripledningens längdriktning är slutna av bryggområden.

Varje vid sidan liggande stripledning har ett avbrottsområde, som är beläget mellan bryggornrådena, och avbrottsområdena kan alla omkopplas mellan ett elektriskt ledande tillstånd och ett ej elektriskt ledande tillstånd eller tillstånd med hög resistans. I ett första fall är det elektriskt ledande materialet ett supraledande material och avbrottsområdena innehåller då Josephson-övergångar eller supraledande svaga länkar. I ett andra fall är det elektriskt ledande materialet en normal ledare och avbrottsområdena innefattar ett fotole- dande material.

KORT FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu beskrivas såsom ej begränsande utföringsformer med hän- visning till de bifogade ritningarna, i vilka: - Fig. l är ett diagram, som visar spännings-/strömkurvor för en transmissionsledning för olika värden hos den karakteristiska impedansen, - Fig. 2 är en perspektivvy av en plan omkopplingsbar mikrovågstransmissionsledning med impedans, som kan ändras mellan två olika värden, - Fig. 3 är en sidovy av en arman utföringsform av en plan omkopplingsbar mikrovågs- transmissionsledning, och - Fig. 4 är en perspektivvy av en plan omkopplingsbar mikrovågstransmissionsledning med en impedans, som kan ändras mellan tre olika värden.

BESKRIVNING Av FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Ett stycke av en mikrostripledning eller av andra typer av stripledningar har en karakteristisk impedans ZO, som ges av (1) R + imL . = --_- = Z 1Z ii G + mc oR J' or där R, G, L och C är stripledningens ledningsresistans, -konduktans, -induktans respekti- ve -kapacitans Det observeras, att för låga frekvenser beror impedansen ZO i huvudsak av de resistiva egenskaperna hos ledningen, medan för höga frekvenser såsom mikrovågs- frekvenser impedansen huvudsakligen beror på ledningens induktiva kapacitiva egenska- per, dvs Zo (2) Genom att sålunda styra induktansen och/eller kapacitansen hos en stripledning, kan en karakteristisk impedans Z0 ändras, vilket resulterar i en ändring av spärmings-/ström- kurvan, såsom visas i fig. l. En specifik ändring av den karakteristiska impedansens absolutvärde kan erhållas genom att på lämpligt sätt utforma anordningen. Exempelvis åtföljs i de nämnda svenska patentansökningama en ändring av induktansen av storleks- 20 25 30 35 40 u ø u u - n u ø u u: n - - . . o o Q o u u - ø o v nu 516 051 3 ordningen 1:2 av en viss liten ändring av kapacitansen, vilket resulterar i en förändringen av impedansen av cirka h/É z 1_4, vilket kan vara otillräckligt för många tillämpningar.

I den speciella utformningen av en mikrostripanordning, som innefattar fönster såsom nedan skall beskrivas, kan emellertid genom en lämplig utfornming relativt stora föränd- ringar av den karakteristiska impedansen erhållas.

I det i fig. 2 visade plana mikrostripline-elementet används ett elektrisk substrat 1 med ett elektriskt ledande jordskikt 3, såsom ett metallskikt av t.ex Cu, Ag eller Au, på sin bottenyta, varvid jordskiktet täcker väsentligen hela den undre ytan i form av ett kontinuerligt skikt. På den övre ytan finns ett mönstrat elektriskt ledande skikt 5. I ett första fall är det mönstrade elektrisk ledande skiktet en supraledare och i ett andra fall är det gjort av normalt elektriskt ledande material, t.ex av en metall såsom samma metall som det undre skiktet, dvs av koppar, silver eller guld. Det mönstrade skiktet 5 bildar en transmissionsväg eller fortplantningsväg avsedd för mikrovågor, som rör sig t.ex i pilar- nas 7 riktning. Det mönstrade skiktet 5 har en central livdel 9 med likforrnig bredd Wi, som definierar utbredningsriktningen. Vidare har det vid sidorna liggande remsfonniga områden 11, vilka båda likforrnig bredd och sträcker sig parallellt med den centrala livdelen, varvid ett vid sidan liggande remsforrnigt område ll är beläget på den ena sidan av den centrala livdelen och det andra vid sidan liggande remsformiga området är beläget på motsatt sida av den centrala livdelen 9. De vid sidan liggande remsformiga områdena 11 är företrädesvis placerade symmetriskt i förhållande till axeln hos den centrala livdelen 9. De vid sidan liggande remsformiga områdena 11 är åtskilda från den centrala livdelen av fönster 13 i det mönstrade skiktet, som sålunda också har remsforrn och har likforrnig bredd. Avståndet från en yttre kant hos ett vid sidan liggande remsforrnigt område till ytterkanten hos det motsatta vid sidan liggande remsformiga området är WO, som också är den effektiva bredden hos vågledaren, när de vid sidan liggande remsforrniga område- na drivs för att leda en elektromagnetisk våg.

Fönstren 13 har längd b och är vid sina ändar slutna av tvärgående bryggpartier 15, som sträcker sig från den centrala livdelen 9 till de vid sidoma liggande remsformiga områdena 11. De vid sidorna liggande remsforrniga områdena har vid sina centrala delar, som är belägna centralt i förhållande till bryggpartierna 15, fält eller mellanrumsornråden 17 utförda på speciellt sätt eller av ett annat speciellt valt material. De speciella områdena 17 är i första fallet utformade att bilda Josephson-övergångar eller supraledare svaga länkar och innefattar det andra fallet ett fotoledande material.

I det första fallet kan ett lokaliserat magnetiskt fält alstras vid de speciella områdena 17 genom att leda en elektrisk ström vid områdena för att bilda supraledande strömslinga, såsom symboliskt anges av anordningen 19 i fig. 2. Strömmen kan alstras av en spän- ningsenhet 21, som anslutes till anordningen 19 via ett motstånd R och en omkopplare 23, vilken styrs av någon övervakande krets eller signalstyrkrets, ej visad. Josephson- övergångama eller de supraledande svaga länkarna i de speciella områdena 17 styrs, så att de intar ett normalt eller ett supraledande tillstånd med hjälp av denna ström och 5 10 15 20 25 30 35 40 a - n - . o u - ~ - a Q - o ~ u 516 031 4 därigenom med hjälp av den övervakande kretsen eller styrkretsen. I stället för styrning med hjälp av en supraledande strömslinga kan temperaturen hos de speciella områdena styras, varvid anordningen 19 då t.ex är ett resistivt uppvärmningselement.

I det andra fallet är en ljuskälla 25, såsom en lämplig halvledarlaser, anordnad att utsöndra ljus mot det speciella området, som då är gjord av fotoledande material, se fig.3. Ljuskällan 25 är ansluten till och styrs av någon övervakande krets eller signalstyr- krets, ej visad. När ljuskällan 25 aktiveras, förbinder den elektriskt ändarna hos respekti- ve vid sidan liggande remsforrniga område 11 med varandra och gör det remsformiga området till en sammanhängande eller kontinuerlig elektrisk väg, medan när den inte är aktiverad, det vid sidan liggande remsformiga området 11 får ett elektriskt avbrott vid det speciella området 17.

En elektromagnetisk våg eller mikrovåg kan utbredas längs den i fig. 2 och 3 visade transmissionsledningsanordningen. När de speciella områdena 17 fungerar som elektriska avbrott, begränsas växelströmmen i anordningen beroende på mikrovågen i de centrala remsformiga området 9 med bredd Wi. När de speciella områden fungerar som elektriska förbindningar, kommer det mesta av växelströmmen, som härleds från mikrovågen, i stället att strömma i de vid sidorna liggande remsformiga områdena 11 beroende på skin- effekten, varvid de yttre kanterna hos de vid sidorna liggande remsforrniga områdena har ett avstånd WO. lnduktansen per längdenhet hos en mikrostripledning bestäms i huvudsak av ledningens totala bredd W, varvid den t.ex kan vara approximativt omvänt propor- tionell mot bredden W, dvs approximativt proportionell mot 1/W, förutsatt att mikrostrip- ledningens 5 höjd över dess jordplan är fast. Genom att sålunda ändra tillstånd för mel- lanrumsornrådena 17 för att göra de vid sidorna liggande remsformiga områdena kontinu- erliga eller avbrutna, förändras också mikrostripledningens induktans L. Dessutom ändras kapacitansen C per längdenhet hos transmissionsledningen, varvid kapacitansen är ap- proximativt proportionell mot transmissionsledningens bredd W, förutsatt att transmis- sionsledningens 5 höjd över dess jordplan 3 är fast för ett givet dielektriskt material i substratet 1. Sålunda kan transmissionsledningen karakteristiska impedans ändras genom att ändra ledningens effektiva bredd W såsom genom att åstadkomma elektriskt avbrott vid de speciella områdena 17, såsom ovan beskrivits.

Eftersom effekten hos en mikrovåg, vilken utbreds längs den ovan beskrivna struk- turen, kan strukturen användas för att modulera mikrovågen genom att variera den karak- teristiska impedansen, vilken i sin tur ges av den av strukturens aktiva bredd, som styrs av en övervakande krets eller signalstyrkrets. Eftersom vidare effekten hos de styrsigna- ler, vilka erfordras för att ändra tillståndet hos exempelvis Josephson-övergångar eller supraledande svaga länkar vid de speciella områdena 17, kan vara mycket mindre än den elektriska effekten hos en mikrovåg, vilken utbreds längs strukturen, får strukturen en förstärkande funktion liknande funktionen hos en transistor.

Den i fig. 2 visade strukturen kan allmänt sett ha ett flertal vid sidorna liggande remsformiga områden, som är symmetriskt placerade på var sida av de centrala rems- o o ø n v Q o | n no o u n o u o o v c u o o o. 516 051 5 formiga området, såsom visas fig. 4. Varje vid sidan liggande rernsformigt område 11 har då ett speciellt område eller avbrottsområde 17, varvid de speciella områdena 17 hos ett par två symmetriskt placerade vid sidorna liggande remsforrniga områden styrs att samtidigt inta ett ledande eller ej ledande tillstånd eller ett tillstånd med hög resistans.

Claims (4)

10 15 516 051 6 PATENTKRAV

1. Anordning innefattande en plan transmissionsledning för mikrovägor med variabla transmissionsegenskaper, k ä n n e t e c k n a d av en central mikrostripledning och vid sidorna liggande remsformiga ledningar gjorda av elektriskt ledande material, varvid de vid sidorna liggande remsformiga ledningarna är åtskilda från den centrala mikrostripled- ningen av fönster, som är slutna i den centrala mikrostripledningens längdriktning av bryggområden, vilka elektriskt förbinder den centrala mikrostripledningen och de vid si- dorna liggande remsformiga ledningarna, varvid varje vid sidan liggande remsformig led- ning har ett avbrottsområde, som är beläget mellan bryggområdena, och varvid avbrotts- områdena kan omkopplas mellan ett elektriskt ledande tillstånd och ett ej elektriskt ledan- de tillstånd eller ett tillstånd med hög resistans.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det elektriskt ledande mate- rialet är supraledande material och att avbrottsområdena innefattar en Josephson-övergång eller en supraledande svag länk.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avbrottsområdena innefattar ett fotoledande material.

4. Anordning enligt något av krav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av att avbrottsområ- dena via styranordningar är anslutna till styrkretsar för att ge en förstärkande eller modu- lerande funktion.