[發(fā)明專利]微波裝置和涉及開關(guān)的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00808608.7
• 申請(qǐng)日: 2000-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN1354895A
• 公開（公告）日: 2002-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·格沃爾吉安;E·卡爾松;A·埃里克松;E·維克堡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾利森電話股份有限公司
• 主分類號(hào): H01P1/19
• 分類號(hào): H01P1/19;H01P1/203;H01P3/08;H01P7/08;H01G7/06
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳,王忠忠

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波的開關(guān)裝置，它包含有一在其電介質(zhì)基片上安置有電極的器件。本發(fā)明還涉及使微波器件在第一態(tài)和第二態(tài)之間切換的方法。

技術(shù)狀態(tài)

各種用于微波的開關(guān)人們都是很熟知的。一般來說它們分屬兩種不同的類型，即機(jī)械的或以pin二極管或晶體三極管為基礎(chǔ)的兩種類型。在Kunes?M.A.，和Conner?G.G.的論文：“a?Digitally?ControlledTunable?High?Power?Output?Filter?for?Space?Applications”，Proc.European?Microwave?Conference，pp.681-686，1989，中所公開的就是一個(gè)機(jī)械類型開關(guān)器件的例子。但是機(jī)械開關(guān)卻具有體積大和動(dòng)作慢的缺點(diǎn)。基于pin二極管的開關(guān)尤其具有pin二極管的消耗的控制電流較大的缺點(diǎn)。

在Helszajn?J.，的論文“Passive?and?Active?MicrowaveCircuits”(J.Wiley，1978)中圖示出了無源和有源的微波電路。人們熟悉的微波器件都是以鐵電基片為基礎(chǔ)的，請(qǐng)參看論文：Lancaster?M.，Powell?J.，and?Porch?A，“Thin?Film?FerroelectricMicrowave?Device”，Supercondt.Sci.Tecnol.，Vol11，pp.1323-1334，1998。這樣的器件的優(yōu)點(diǎn)是：它們的尺寸可做得很小，可提供較大的調(diào)節(jié)能力，和具有很小的控制功耗。在微波頻率上該鐵電材料的介電常數(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)，以鐵電材料為基礎(chǔ)的模擬開關(guān)，移相器和其它部件都是人們所熟悉的。但是以該已知的介電常數(shù)的電壓依賴關(guān)系為基礎(chǔ)的開關(guān)卻具有下述缺點(diǎn)：由于該介電常數(shù)本身是與溫度和電壓有關(guān)的而會(huì)顯示出較大的溫度和電壓敏感性。

此外，在微波頻率上沒觀察到眾所周知的以鐵電疇的低速重新取向?yàn)榛A(chǔ)的切換機(jī)制，因而可用來制造微波開關(guān)。

在US-A-5329261中公開了一種以鐵電材料的非線性性質(zhì)為基礎(chǔ)的限幅器/開關(guān)。給出了一種以眾所周知的鐵電材料性能為基礎(chǔ)的新的器件設(shè)計(jì)。但是僅在高微波功率時(shí)才出現(xiàn)該非線性，而且它還不具有任何雙穩(wěn)定性的特征。該器件的工作基礎(chǔ)是該電介質(zhì)材料(dielectricum)的介電常數(shù)對(duì)于施加的DC和微波場(chǎng)的單調(diào)依賴關(guān)系。還有一不利之處是微波功率必須很高。

在Gevorgian等的論文：“Tunable?microwave?device?based?onbulk?and?thin?film?ferroelectrics”，Integrated?Ferroelectrics1998，Vol.22，No.1-4，pp.245-257中公開了雙滯后回線，也就是電介質(zhì)狀態(tài)切換的現(xiàn)象。但是，因?yàn)橐驯蛔C實(shí)，對(duì)于模擬的可調(diào)節(jié)濾波器的應(yīng)用來說該產(chǎn)生的切換將是不利的，這是由于它在該濾波器的中心頻率的電控方面會(huì)引起不確定性，因而就格外地認(rèn)為實(shí)際的實(shí)施是不現(xiàn)實(shí)的。此外，在STO晶體中的微波損耗將隨施加的DC電場(chǎng)強(qiáng)度而急劇增大，這對(duì)于STO在模擬的電可調(diào)濾波器上的實(shí)際使用是一嚴(yán)重缺陷，這種濾波器要求電壓與該濾波器的中心頻率的調(diào)節(jié)無關(guān)。

發(fā)明概述

因而所需要的就是這樣的微波開關(guān)裝置：能做得很小，具有很低的DC功耗(控制功率)，能運(yùn)行在高微波功率上，以及具有很高的品質(zhì)因素(Q-因素)。更進(jìn)一步說，還需要微波開關(guān)裝置快速運(yùn)行。還需要裝置是廉價(jià)和容易制造的。還需要一能實(shí)現(xiàn)上述目的的開關(guān)微波器件的方法。

因而本發(fā)明將提供一微波裝置，它包含一這樣的器件，該器件具有：一電介質(zhì)基片、安置在該電介質(zhì)基片上的電極、以及用來將微波耦合進(jìn)和耦合出所述裝置的微波傳輸裝置。所述基片包括SrTiO₃晶體，特別是單晶體，或具有相同或類似性質(zhì)的電介質(zhì)材料。該開關(guān)裝置是按數(shù)字方式開關(guān)的。將第一和第二連接裝置連接到每個(gè)電極上，而且還提供有一溫度調(diào)節(jié)裝置來冷卻該器件，通過適當(dāng)施加一電壓或外部電脈沖的方法該基片的介電常數(shù)就可在第一穩(wěn)定態(tài)和一第二穩(wěn)定態(tài)之間切換，這樣就提供了雙穩(wěn)態(tài)特性。品質(zhì)因數(shù)(Q-因數(shù))是很高的，而且對(duì)于兩種狀態(tài)，即“接通(on)”-態(tài)和“斷開(off)”-態(tài)來說，該品質(zhì)因數(shù)基本上是相等的。

在一個(gè)實(shí)施例中，將所述連接裝置這樣安排，使得所述電極被短路或與之等效。當(dāng)該DC電壓源是接通的但不施加電壓時(shí)，該溫度調(diào)節(jié)裝置就可用來冷卻該器件。這與電極短路來冷卻的方法等效。