專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波工程領(lǐng)域，涉及一種鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器。
背景技術(shù)：
電調(diào)濾波器在微波及射頻系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。和利用機(jī)械調(diào)制或磁場(chǎng)調(diào)制方式制作的可調(diào)濾波器相比，電調(diào)濾波器可應(yīng)用在寬頻帶中，且具有很大的調(diào)制能力?；诖藘?yōu)點(diǎn)，電調(diào)濾波器可廣泛地應(yīng)用在下述領(lǐng)域如本地多點(diǎn)分布式服務(wù)系統(tǒng)、蜂窩通信系統(tǒng)、個(gè)人通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信及雷達(dá)系統(tǒng)中。利用外加電壓改變鐵電薄膜介電常數(shù)的原理制作而成的電調(diào)濾波器具有低的損耗、高的功率承載能力及高的三階交調(diào)點(diǎn)(IP3)。
到目前為止，在利用鐵電薄膜制作的可調(diào)濾波器中，應(yīng)用得最廣泛的薄膜材料是鈦酸鍶鋇薄膜(BaxSr1-xTiO3)。分子式中x/(1-x)是鋇與鍶組份的比例，其x值可從0變到1，相應(yīng)地鈦酸鍶鋇薄膜的居里轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)可以從純鈦酸鍶薄膜的居里溫度點(diǎn)(小于0K)到鈦酸鋇薄膜的居里溫度點(diǎn)(約400K)。這樣通過(guò)調(diào)整鋇鍶組份的方法可以選擇鈦酸鍶鋇薄膜的工作溫度區(qū)間。當(dāng)x取0.5時(shí)，鈦酸鍶鋇薄膜通常用來(lái)制作在室溫下工作的電調(diào)器件。
在利用鈦酸鍶鋇薄膜制作的電調(diào)帶通濾波器中，通常采用微帶線的結(jié)構(gòu)形式，其中又以通過(guò)改變位于諧振器之間和諧振器下面的鈦酸鍶鋇薄膜介電常數(shù)的結(jié)構(gòu)最為常見(jiàn)。在這種結(jié)構(gòu)中，通常鈦酸鍶鋇薄膜沉積在整個(gè)基片上，通過(guò)直流偏置電路在相鄰的兩個(gè)諧振器之間和諧振器與接地面之間施加直流電場(chǎng)，用于改變位于相鄰諧振器之間和諧振器下面的鈦酸鍶鋇薄膜的介電常數(shù)，從而改變帶通濾波器的通帶帶寬及通帶頻率。這種帶有偏置電路的濾波器結(jié)構(gòu)的尺寸通常比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸較小的鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器，包括底層的基片、依次沉積在基片上的鐵電薄膜和導(dǎo)電薄膜，所述帶通濾波器包括兩個(gè)相互耦合的共面諧振器，兩個(gè)諧振器對(duì)稱(chēng)分布，所述濾波器的輸入輸出采用抽頭線的方式。
進(jìn)一步，所述導(dǎo)電薄膜包括一條傳輸線和位于傳輸線兩側(cè)的兩個(gè)接地面，接地面和傳輸線共同附著在所述鐵電薄膜的同一平面上，接地面與傳輸線之間是等寬度的縫。
進(jìn)一步，所述諧振器部分的中心導(dǎo)體與所述接地面之間的縫隙寬度比兩個(gè)諧振器之間的耦合縫隙的寬度至少小10倍。
進(jìn)一步，所述傳輸線和所述接地面為超導(dǎo)薄膜或者常規(guī)金屬薄膜構(gòu)成。
進(jìn)一步，所用基片材料為氧化鎂MgO或氧化鋁Al2O3或鋁酸鑭LaAlO3。
進(jìn)一步，在所述基片表面上均沉積有一定厚度的鐵電薄膜。
進(jìn)一步，所述鐵電薄膜的材料為鈦酸鍶鋇。
與現(xiàn)有采用微帶線結(jié)構(gòu)構(gòu)成的鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器相比，本發(fā)明鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器采用共面線結(jié)構(gòu)，主要依靠改變諧振器頻率的方式進(jìn)行通帶頻率的移動(dòng)，對(duì)諧振器之間的耦合基本沒(méi)有影響。當(dāng)可調(diào)濾波器在外加電壓下通帶頻率移動(dòng)時(shí)，它的工作帶寬及頻率響應(yīng)曲線的形狀基本保持不變。本發(fā)明電調(diào)濾波器的結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸較小。


圖1是本發(fā)明鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器所采用的共面線結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖2是本發(fā)明鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器的結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中鈦酸鍶鋇薄膜的介電常數(shù)分別取250和200時(shí)，帶通濾波器的頻率響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地描述圖1和2中，鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器的上層為導(dǎo)電薄膜30，中間是鐵電薄膜20，下層是已知介電特性的常用介質(zhì)基片10，基片10由氧化鎂(MgO)或氧化鋁(Al2O3)或鋁酸鑭(LaAlO3)材料制成。在基片10的表面上均沉積有一定厚度的鐵電薄膜20，鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器為共面線結(jié)構(gòu)，共面線結(jié)構(gòu)是指上層導(dǎo)體薄膜30構(gòu)成的幾何結(jié)構(gòu)。該鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器由兩個(gè)相互耦合的諧振器1、諧振器2及輸入抽頭線3和輸出抽頭線4組成。相互耦合的兩個(gè)諧振器1(2)具有相同的尺寸，在濾波器的版圖中呈軸對(duì)稱(chēng)分布。導(dǎo)電薄膜30包括一條傳輸線和位于傳輸線兩側(cè)的兩個(gè)接地面5，接地面5和傳輸線共同附著在鐵電薄膜20的同一平面上，接地面5與傳輸線之間是等寬度的縫。此外，諧振器1(2)之間的耦合縫隙L2(L3)要比諧振器自身的縫隙寬度W3至少大10倍。傳輸線和接地面5由超導(dǎo)薄膜構(gòu)成，也可以用常規(guī)金屬薄膜如金或銀或銅或鉑薄膜構(gòu)成。
本發(fā)明中設(shè)計(jì)工作是利用電磁場(chǎng)仿真軟件如sonnet在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的，鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器是按常用平面工藝制作的，即按光刻、干法刻蝕、切割、組裝等工藝步驟制作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先根據(jù)設(shè)定的工作頻率選定單個(gè)諧振器的尺寸，包括諧振器的長(zhǎng)度、縫隙寬度，之后調(diào)整兩個(gè)諧振器之間的耦合縫隙的大小以及輸入輸出抽頭線的位置及抽頭線處的縫隙寬度。主要關(guān)注可調(diào)帶通濾波器的帶內(nèi)波紋、帶內(nèi)插入損耗、帶外抑制、工作頻率及帶寬。
圖2是在沉積有0.25微米鈦酸鍶鋇薄膜20的氧化鎂基片10上設(shè)計(jì)的一個(gè)二階可調(diào)帶通濾波器的版圖。氧化鎂的介電常數(shù)取10，厚度為500微米，鈦酸鍶鋇薄膜20的厚度為0.25微米，介電常數(shù)取250。導(dǎo)電層30為超導(dǎo)體薄膜。帶通濾波器的輸入輸出部分的中心導(dǎo)體的寬度W1為250微米，與接地面5之間的縫隙寬度W2為100微米，組成濾波器的兩個(gè)耦合諧振器1(2)的長(zhǎng)度L1均為6150微米，諧振器1(2)中心導(dǎo)體與接地面5之間的縫隙寬度W3為50微米，兩個(gè)諧振器1(2)末端的距離L2和L3分別為550微米和1150微米。抽頭線3(4)距諧振器1(2)末端的距離L4和L5分別為2725微米、3175微米。當(dāng)外加電壓從濾波器的輸入輸出抽頭處的中心導(dǎo)體加到諧振器1(2)上時(shí)，由于諧振器部分的中心導(dǎo)體與接地面5之間的縫隙寬度W3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩諧振器1(2)之間的距離L2(L3)，所以諧振器縫隙處鈦酸鍶鋇薄膜的介電常數(shù)會(huì)比位于諧振器之間縫隙處鈦酸鍶鋇薄膜的介電常數(shù)變化得大得多。這樣在相同的外加直流電壓下，位于諧振器之間的鈦酸鍶鋇薄膜的介電常數(shù)基本上保持不變，從而對(duì)諧振器之間的耦合影響不大。這樣可調(diào)帶通濾波器的帶寬基本上保持不變，而其中心頻率則會(huì)有較大地改變，從而實(shí)現(xiàn)濾波器頻率響應(yīng)曲線僅僅改變其通帶的中心頻率，其頻率響應(yīng)曲線的形狀保持不變。
圖3是本實(shí)施例中，當(dāng)鈦酸鍶鋇薄膜的介電常數(shù)分別取250和200時(shí)帶通濾波器的頻率響應(yīng)曲線。圖中曲線B、C分別為鈦酸鍶鋇薄膜的介電常數(shù)取200時(shí)，帶通濾波器的反射損耗和傳輸損耗特性曲線；圖中曲線D、E分別為鈦酸鍶鋇薄膜的介電常數(shù)取取250時(shí)，帶通濾波器的反射損耗和傳輸損耗特性曲線。從圖3中可以看出，當(dāng)鈦酸鍶鋇薄膜的介電常數(shù)從250減小到200時(shí)，其傳輸特性曲線的形狀基本保持不變，通帶的中線頻率從9.95GHz增加到10.04GHz，其3dB帶寬為0.13GHz，保持不變。其反射損耗均保持在-20dB以下。
權(quán)利要求
1.一種鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器，包括底層的基片、依次沉積在基片上的鐵電薄膜和導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述帶通濾波器包括兩個(gè)相互耦合的共面諧振器，兩個(gè)諧振器對(duì)稱(chēng)分布，所述濾波器的輸入輸出采用抽頭線的方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波器，其特征在于，所述導(dǎo)電薄膜包括一條傳輸線和位于傳輸線兩側(cè)的兩個(gè)接地面，接地面和傳輸線共同附著在所述鐵電薄膜的同一平面上，接地面與傳輸線之間是等寬度的縫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾波器，其特征在于，所述諧振器部分的中心導(dǎo)體與所述接地面之間的縫隙寬度比兩個(gè)諧振器之間的耦合縫隙的寬度至少小10倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波器，其特征在于，所述傳輸線和所述接地面為超導(dǎo)薄膜或者常規(guī)金屬薄膜構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的濾波器，其特征在于，所用基片材料為氧化鎂MgO或氧化鋁Al2O3或鋁酸鑭LaAlO3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濾波器，其特征在于，在所述基片表面上均沉積有一定厚度的鐵電薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濾波器，其特征在于，所述鐵電薄膜的材料為鈦酸鍶鋇。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵電薄膜可調(diào)帶通濾波器，所述構(gòu)成可調(diào)濾波器的諧振器及輸入輸出抽頭線均采用共面線結(jié)構(gòu)，該共面線包括一條傳輸線和兩個(gè)位于傳輸線兩側(cè)的接地面，接地面和傳輸線共同附著在基片的同一平面上，接地面與傳輸線之間是等寬度的縫。本發(fā)明采用共面線結(jié)構(gòu)的辦法來(lái)省去采用微帶電路時(shí)需要的偏置電路，保證了整個(gè)器件具有較小的尺寸，采用諧振器的縫隙寬度遠(yuǎn)小于諧振器之間的縫隙寬度，保證了可調(diào)濾波器在通帶頻率移動(dòng)時(shí)，使得其頻率響應(yīng)曲線的形狀保持不變。
文檔編號(hào)H01P1/218GK1787277SQ20051012398
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者孟慶端, 張雪強(qiáng), 李翡, 孫亮, 黃建冬, 張強(qiáng), 何豫生, 李春光, 何艾生, 黎紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所