Тонкопленочный многослойный электрод, связанный по высокочастотному электромагнитному полю, высокочастотная линия передачи, высокочастотный резонатор, высокочастотный фильтр, высокочастотный полосовой режекторный фильтр и высокочастотное устройство

Тонкопленочный многослойный электрод, связанный по высокочастотному электромагнитному полю, высокочастотная линия передачи, высокочастотный резонатор, высокочастотный фильтр, высокочастотный полосовой режекторный фильтр и высокочастотное устройство

Реферат

 

Множество линий передачи ТЕМ-моды образовано из пар тонкопленочных проводников, между которыми расположены тонкопленочные диэлектрики путем поочередной укладки тонкопленочного проводника и тонкопленочного диэлектрика. Фазовые скорости ТЕМ-волн, распространяющихся по меньшей мере по двум линиям передачи, по существу равны. Толщина каждого тонкопленочного проводника меньше глубины проникновения поля на используемой частоте, так что электромагнитные поля по меньшей мере двух линий передачи ТЕМ-моды из линий связаны друг с другом. Таким образом, можно эффективно увеличить глубину проникновения поля. Техническим результатом является уменьшение потерь в проводнике и поверхностного сопротивления по сравнению с теми же характеристиками известного электрода. Предлагаемый электрод может быть использован в линии передачи, резонаторе, фильтре и высокочастотном устройстве. 9 c. и 6 з.п. ф-лы, 28 ил., 1 табл.

Изобретение относится к тонкопленочному многослойному электроду, связанному по высокочастотному электромагнитному полю, который используется в диапазонах СВЧ, субмиллиметровых или миллиметровых волн, а также к высокочастотной линии передачи с использованием данного тонкопленочного многослойного электрода, высокочастотному резонатору с использованием данной тонкопленочной многослойной линии передачи, высокочастотному фильтру, содержащему высокочастотный резонатор, и высокочастотному устройству, содержащему данный тонкопленочный многослойный электрод.

Предшествующий уровень техники В последние годы в свете тенденции к миниатюризации размеров электронных компонентов, уменьшение размеров устройств достигается за счет использования высоко диэлектрических материалов даже в диапазонах СВЧ, субмиллиметровых или миллиметровых волн. При уменьшении размера устройства с сохранением его формы и увеличением при этом его диэлектрической проницаемости возникает проблема, заключающаяся в том, что энергетические потери возрастают обратно пропорционально корню кубическому его объема.

Энергетические потери высокочастотных устройств можно приближенно разделить на потери в проводнике, вызванные скин-эффектом, и потери в диэлектрике, обусловленные самим диэлектрическим материалом. Диэлектрические материалы, разработанные и внедренные в последнее время, включают материалы, обладающие низкими потерями, даже если они имеют высокую диэлектрическую проницаемость, и поэтому именно потери в проводнике, а не потери в диэлектрике, оказывают доминирующее влияние на ненагруженную добротность их схем. Как показано на фиг. 11, высокочастотный ток концентрируется на поверхности проводника в результате скин-эффекта, так что чем ближе к поверхности проводника, тем больше возрастает поверхностное сопротивление (также именуемое как скин-сопротивление), и это приводит к увеличению потерь в проводнике (джоулевых потерь).

Учитывая эти обстоятельства, в японской выложенной патентной публикации N HEISEI 4 (1992)-43703 был предложен резонатор на симметричной полосковой линии передачи (ниже именуемый как известный резонатор), в котором достаточно эффективно снижены потери в проводнике для получения высокой ненагруженности добротности. Известный резонатор является резонатором на симметричной полосковой линии передачи, в котором схема резонатора выполнена из симметричных полосковых линий, содержащих полосковый проводник между парой заземленных проводников, которые расположены на определенном расстоянии друг против друга, причем данный резонатор на симметричной полосковой линии передачи характеризуется тем, что множество слоев полосковых проводников расположено между парой заземленных проводников параллельно им, так что множество слоев полосковых проводников образует многослойную структуру, в которой они удалены друг от друга на определенный интервал расположенным между ними диэлектриком.

В публикации, раскрывающей вышеупомянутый известный резонатор, также описано следующее: (а) предпочтительно, чтобы соответствующие полосковые проводники имели толщину, в три или более раз превышающую глубину проникновения поля, чтобы эффективно подавлять потери в проводнике, то есть в полосковых проводниках часть скин-поля, через которую проходит высокочастотный ток СВЧ-диапазона, увеличивается, чтобы увеличить эффективную площадь сечения полосковых проводников; (b) пара полосковых проводников выполнена с возможностью взаимной проводимости на одном конце через сквозное отверстие и с возможностью взаимной проводимости на другом конце через сквозное отверстие; и (с) электрическое поле резонатора распределяется так, что оно направлено от каждого полоскового проводника к заземленному проводнику, как показано на фиг. 3 данной публикации.

Однако проблема состоит в том, что размер и вес вышеупомянутой структуры (а) трудно уменьшить, и резонатор имеет относительно малый коэффициент уменьшения потерь в проводнике, а также относительно низкую ненагруженную добротность.

В основу настоящего изобретения положена задача решения перечисленных выше проблем и создание высокочастотного электрода, который позволяет заметно снизить потери в проводнике по сравнению с известным аналогом, а также уменьшить размер и вес продукта данного изобретения и обеспечить высокочастотную линию передачи, высокочастотный резонатор, высокочастотный фильтр и высокочастотное устройство.

Раскрытие изобретения Предложены тонкопленочный многослойный электрод, связанный по высокочастотному электромагнитному полю, тонкопленочная многослойная линия передачи и т. п., способные заметно уменьшить потери в проводнике за счет подавления скин-эффекта и имеющие конструкцию, совершенно отличающуюся от известного резонатора, а именно, содержащую тонкопленочный многослойный электрод, полученный путем поочередной укладки тонкопленочного проводника и тонкопленочного диэлектрика, причем толщина пленки каждого тонкопленочного проводника меньше глубины проникновения поля (толщины скин-слоя) o на используемой частоте.

Предлагаемый тонкопленочный многослойный электрод, связанный по высокочастотному электромагнитному полю, характеризуется тем, что тонкопленочные проводники (21-25) и тонкопленочные диэлектрики (31-34) уложены поочередно таким образом, что образуется многослойная структура из множества линий передачи ТЕМ-моды (L2-L5), причем каждая линия передачи ТЕМ-моды содержит пару тонкопленочных проводников (21 и 22, 22 и 23, 23 и 24, 24 и 25), между которыми проложен каждый из тонкопленочных диэлектриков (31- 34), в котором на основании числа (n) многослойных слоев тонкопленочных проводников (21-25) и тонкопленочных диэлектриков (31-34) толщину пленки каждого из тонкопленочных диэлектриков (31- 34) задают таким образом, чтобы фазовые скорости ТЕМ-волн, распространяющихся по меньшей мере по двум из множества линий передачи ТЕМ-моды (L2-L5), были по существу равны, и в котором на основании числа (n) многослойных слоев тонкопленочных проводников (21-25) и тонкопленочных диэлектриков (31-34) толщину пленки каждого из тонкопленочных проводников (21- 25) выполняют меньше глубины проникновения поля на используемой частоте, так что электромагнитные поля по меньшей мере двух из множества линий передачи ТЕМ-моды (L2-L5) связаны друг с другом. При этом каждый из тонкопленочных проводников (21-25) предпочтительно выполняют из сверхпроводящего материала.

Предлагаемая высокочастотная линия передачи содержит по меньшей мере один проводник, содержащий тонкопленочный многослойный электрод, в котором тонкопленочные проводники (21-25) и тонкопленочные диэлектрики (31-34) уложены поочередно, так что образуется множество линий передачи ТЕМ-моды (L2-L5), каждая из которых содержит пару тонкопленочных проводников (21 и 22, 22 и 23, 23 и 24, 24 и 25), между которыми проложен каждый из тонкопленочных диэлектриков (31-34), в которой на основании числа (n) многослойных слоев тонкопленочных проводников (21-25) и тонкопленочных диэлектриков (31-34) толщину пленки каждого из тонкопленочных диэлектриков (31-34) задают таким образом, чтобы фазовые скорости ТЕМ-волн, распространяющихся по меньшей мере по двум из множества линий передачи ТЕМ-моды (L2-L5), были по существу равны, и в которой на основании числа (n) многослойных слоев тонкопленочных проводников (21-25) и тонкопленочных диэлектриков (31-34) толщину пленки каждого из тонкопленочных проводников (21-25) выполняют меньше глубины проникновения поля на используемой частоте, так что электромагнитные поля по меньшей мере двух из множества линий передачи ТЕМ-моды (L2-L5) связаны друг с другом. При этом каждая высокочастотная линия передачи реализуется, например, в форме волновода.

Предлагаемая высокочастотная линия передачи содержит первую линию передачи (L1); и по меньшей мере одну вторую линию передачи ТЕМ-моды (L2- L5), в которой тонкопленочный проводник (21-25) и тонкопленочный диэлектрик (31-34) уложены поочередно, так что вторая линия передачи ТЕМ-моды (L2-L5) содержит пару тонкопленочных проводников (21 и 22, 22 и 23, 23 и 24, 24 и 25), между которыми проложен каждый тонкопленочный диэлектрик (31-34), в которой на основании числа (n) многослойных слоев тонкопленочных проводников (21-25) и тонкопленочных диэлектриков (31-34) толщину пленки каждого из тонкопленочных диэлектриков (31-34) задают таким образом, чтобы фазовая скорость электромагнитной волны, распространяющейся по первой линии передачи (L1), и фазовая скорость ТЕМ-волны, распространяющаяся по меньшей мере по одной второй линии передачи (L2-L5), были по существу равны, и в которой на основании числа (n) многослойных слоев тонкопленочных проводников (21-25) и тонкопленочных диэлектриков (31-34) толщину тонкопленочных проводников (21-25) выполняют меньше глубины проникновения поля на используемой частоте, так что электромагнитное поле первой линии передачи (L1) и электромагнитное поле по меньшей мере одной второй линии передачи (L2-L5) связаны друг с другом.

В описанной выше высокочастотной линии передачи действующую диэлектрическую проницаемость тонкопленочного диэлектрика (31-34), составляющего вторую линию передачи (L2-L5), предпочтительно выбирают меньше действующей диэлектрической проницаемости диэлектрика, составляющего первую линию передачи (L1). За счет этого фазовая скорость электромагнитной волны, распространяющейся по первой линии передачи (L1), и фазовая скорость ТЕМ-волны, распространяющейся по меньшей мере по одной второй линии передачи (L2-L5), могут быть по существу равными друг другу.

В описанной выше высокочастотной линии передачи толщину тонкопленочного диэлектрика (31-34), составляющего вторую линию передачи (L2-L5), выполняют меньше толщины диэлектрика, составляющего первую линию передачи (L1). За счет этого может быть сокращено время, необходимое для процесса формирования пленки второй линии передачи (L2-L5), и может быть получена линия передачи с низким полным сопротивлением, имеющая полное сопротивление ниже полного сопротивления второй линии передачи (L2-L5), что позволяет снизить потери при передаче.

В предложенной высокочастотной линии передачи высокочастотная линия передачи (L1) предпочтительно является микрополосковой линией передачи. При этом микрополосковую линию передачи выполняют таким образом, чтобы вторая линия передачи (L2-L5) была сформирована как микрополосковый проводник на первой поверхности диэлектрической подложки (10), в то время как заземленный проводник (11) формируется на второй поверхности диэлектрической подложки (10). Альтернативно, микрополосковую линию передачи выполняют таким образом, чтобы вторая линия передачи (L2-L5) была сформирована как микрополосковый проводник на первой поверхности диэлектрической подложки (10), в то время как другую вторую линию передачи (L2-L5) формируют как заземленный проводник на второй поверхности диэлектрической подложки (10). Также, высокочастотную линию передачи предпочтительно выполняют как полосковую линию передачи. Кроме того, высокочастотную линию передачи предпочтительно выполняют как коаксиальную линию передачи. В высокочастотной линии передачи тонкопленочные проводники (21-25) выполняют из сверхпроводящего материала.

Предлагаемый высокочастотный резонатор содержит вышеупомянутую высокочастотную линию передачи, имеющую определенные размеры. При этом высокочастотная линия передачи предпочтительно имеет длину, равную четверти длины волны в волноводе сигнала, передаваемого по высокочастотной линии передачи, в направлении передачи сигнала.

Предлагаемый высокочастотный фильтр содержит высокочастотный резонатор, имеющий определенную длину, ввод (12) для ввода высокочастотного сигнала в высокочастотный резонатор и вывод (13) для вывода высокочастотного сигнала из высокочастотного резонатора.

Предлагаемый высокочастотный режекторный фильтр содержит линию передачи (L10) для ввода высокочастотного сигнала на одном ее конце и вывода высокочастотного сигнала на другом конце и высокочастотный резонатор для соединения с линией передачи (L10). В высокочастотном резонаторе высокочастотная линия передачи предпочтительно имеет длину, равную четверти или половине длины волны в волноводе сигнала, передаваемого по высокочастотной линии передачи, в направлении передачи сигнала.

Предлагаемый диэлектрический резонатор содержит корпус (77) резонатора, включающий проводник и диэлектрик (76), который имеет заданную конфигурацию и расположен внутри корпуса (77) резонатора, причем проводник выполнен в форме описанного выше тонкопленочного многослойного электрода, связанного по высокочастотному электромагнитному полю.

Предлагаемый высокочастотный фильтр содержит диэлектрический резонатор, ввод для ввода высокочастотного сигнала в диэлектрический резонатор, причем ввод электромагнитно связан с диэлектрическим резонатором, и вывод для вывода высокочастотного сигнала из диэлектрического резонатора, причем вывод электромагнитно связан с диэлектрическим резонатором.

Предлагаемое высокочастотное устройство содержит электрод и выполняет установленную высокочастотную операцию, причем электрод является описанным выше тонкопленочным многослойным электродом, связанным по высокочастотному электромагнитному полю.

В упомянутом выше тонкопленочном многослойном электроде, связанном по высокочастотному электромагнитному полю, когда линия передачи ТЕМ-моды (L2-L5) возбуждается сигналом высокой частоты, каждый тонкопленочный проводник (21-25) передает часть высокочастотной мощности, попадающей на него через соседний тонкопленочный диэлектрик (31- 34), к тонкопленочному проводнику (21-25), расположенному рядом в другом направлении, отражая в то же время часть высокочастотной мощности на соседний тонкопленочный проводник (21- 25) через тонкопленочный диэлектрик (31-34). В тонкопленочных диэлектриках (31-34), каждый из которых проложен между двумя соседними тонкопленочными проводниками (21 и 22, 22 и 23, 23 и 24, 24 и 25), волна отражения и волна передачи резонируют, в то время как два противоположно направленных и обращенных друг к другу тока высокой частоты проходят вблизи верхней и нижней поверхностей тонких пленок проводников (21-25). Следовательно, из-за того, что толщина пленки каждого тонкопленочного проводника (21-25) меньше глубины проникновения поля o два противоположно направленных и обращенных друг к другу высокочастотных тока интерферируют и взаимно нейтрализуются друг другом, за исключением их некоторой остающейся части. При этом в тонкопленочном многослойном электроде, связанном по высокочастотному электромагнитному полю, резонансная энергия или энергия передачи соседних тонкопленочных диэлектриков (31-34) объединяются друг с другом через тонкопленочные проводники (21-25). С другой стороны, тонкопленочные диэлектрики (31-34) имеют ток смещения, созданный электромагнитным полем, что обуславливает генерирование высокочастотного тока на поверхности их соседних тонкопленочных проводников (21-25).

Кроме того, поскольку фазовые скорости ТЕМ-волн, которые распространяются по меньшей мере по двум из множества линий передачи ТЕМ-моды (L2-L5), выбраны по существу равными друг другу, токи высокой частоты, проходящие через тонкопленочные проводники (21-25), будут по существу синфазными. В результате этого высокочастотные токи, протекающие в тонкопленочных проводниках (21-25), синфазно увеличивают действующую глубину проникновения поля o. Следовательно, при возбуждении сигналом высокой частоты электромагнитная энергия высокой частоты передается на соседние линии передачи (L2-L5) через электромагнитную связь соседних линий передачи ТЕМ-моды (L2-L5), электромагнитные поля которых связаны, тогда как электромагнитная энергия распространяется вдоль линий передачи (L2-L5). При этом электромагнитная энергия высокой частоты распространяется вдоль этих линий по электромагнитно связанным линиям передачи (L2-L5), так что энергия распространяется с эффективно возрастающей глубиной проникновения поля o т.е. с меньшим поверхностным сопротивлением Rs.

В высокочастотной линии передачи проводник выполнен в виде тонкопленочного многослойного электрода, связанного по высокочастотному электромагнитному полю, так что этот проводник имеет меньшее поверхностное сопротивление Rs, как и вышеупомянутый электрод. Следовательно, данная высокочастотная линия передачи является линией передачи, имеющей исключительно малые потери при передаче.

В упомянутой выше высокочастотной линии передачи вторая линия передачи (L2-L5) формируется из пары тонкопленочных проводников (21-25), между которыми проложен тонкопленочный диэлектрик (31-34) путем поочередной укладки тонкопленочных проводников (21-25) и тонкопленочных диэлектриков (31-34), причем фазовую скорость электромагнитной волны, распространяющейся по первой линии передачи (L1), и фазовую скорость ТЕМ-волны, распространяющейся по меньшей мере по одной второй линии передачи (L2-L5), устанавливают по существу равными друг другу, и толщину каждого тонкопленочного проводника (21-25) выполняют меньше глубины проникновения поля на используемой частоте, так что электромагнитное поле первой линии передачи (L1) и электромагнитное поле по меньшей мере одной второй линии передачи (L2-L5) связаны друг с другом. В высокочастотной линии передачи между первой линией передачи (L1) и по меньшей мере одной второй линией передачи (L2-L5) имеет место явление, аналогичное явлению в упомянутом выше тонкопленочном многослойном электроде. То есть, поскольку энергия высокочастотного электромагнитного поля распространяется вдоль линии передачи по вторым линиям передачи (L2-L5), электромагнитно связанным друг с другом, эта энергия распространяется с эффективно большей глубиной проникновения поля o т.е. при меньшем поверхностном сопротивлении Rs. Следовательно, данные высокочастотные линии передачи имеют исключительно малые потери при передаче.

Высокочастотный резонатор также содержит вышеупомянутые высокочастотные линии передачи, имеющие установленные размеры. Следовательно, резонатор имеет исключительно малые потери при передаче и более высокую ненагруженную добротность.

В этом диэлектрическом резонаторе проводник корпуса резонатора (77) выполнен как описанный выше тонкопленочный многослойный электрод, связанный по высокочастотному электромагнитному полю, и поэтому диэлектрический резонатор имеет исключительно высокую ненагруженную добротность.

Высокочастотный фильтр также снабжен высокочастотным резонатором, имеющим установленную длину, образуя тем самым полосовой или режекторный фильтр, любой из которых имеет исключительно высокую ненагруженную добротность.

Кроме того, в высокочастотном режекторном фильтре описанный выше высокочастотный резонатор, имеющий установленную длину, функционирует как схема режекции, создавая тем самым режекторный фильтр, имеющий исключительно высокую ненагруженную добротность.

В высокочастотном устройстве электрод является вышеупомянутым тонкопленочным многослойным электродом, связанным по высокочастотному электромагнитному полю, в результате чего данное высокочастотное устройство имеет исключительно малые потери в проводнике.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 - перспективный вид фильтра с резонатором на полуволновом отрезке линии передачи, в котором использована тонкопленочная многослойная линия передачи, связанная по высокочастотному электромагнитному полю, являющегося первым вариантом изобретения.

Фиг. 2 - вид в разрезе резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по линии А-А' на фиг. 1.

Фиг. 3 - схематическое изображение продольного разреза резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1 и подсоединенной к нему схемы.

Фиг. 4 - эквивалентная схема резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Фиг 5. - график, показывающий частотную характеристику коэффициента пропускания S21, полученный в результате моделирования резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Фиг. 6 - график, показывающий частотные характеристики соответствующих амплитуд токов, проходящих через тонкопленочные проводники 21-25, полученный в результате моделирования резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Фиг. 7 - график, показывающий частотные характеристики разностей фаз токов, проходящих через тонкопленочные проводники 21-25, полученные в результате моделирования резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Фиг. 8 - график, показывающий частотные характеристики коэффициентов пропускания S21 с использованием числа n многослойных слоев как параметра, полученные в результате моделирования резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Фиг. 9 - график, показывающий зависимость между нормированной толщиной пленки проводника /o возрастающим коэффициентом добротности при использовании числа n многослойных слоев как параметра, полученную в результате моделирования резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Фиг. 10 - график, показывающий оптимальные конструкционные условия для выравнивания фазовых скоростей для характеристики действующей диэлектрической проницаемости s/m к нормированной толщине диэлектрической пленки xs/o с использованием числа n многослойных слоев как параметра, полученные в результате моделирования резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Фиг. 11 - распределение плотностей тока проводников, по которым была передана высокочастотная волна.

Фиг. 12 - идеальное распределение плотностей тока в тонкопленочной многослойной линии передачи по фиг. 1, по которой была передана высокочастотная волна.

Фиг. 13 - фактическое распределение плотностей тока в тонкопленочной многослойной линии передачи по фиг. 1, по которой была передана высокочастотная волна.

Фиг. 14 - алгоритм определения оптимальных параметров резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Фиг. 15 - алгоритм определения минимизированного поверхностного сопротивления в резонаторе на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Фиг. 16 - эквивалентная схема фильтра с резонатором на полуволновом отрезке линии передачи с использованием тонкопленочной многослойной линии передачи, связанной по электромагнитному полю, которая является вторым вариантом изобретения.

Фиг. 17 - график, показывающий частотную характеристику коэффициента пропускания S21, полученную в результате моделирования резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 16.

Фиг. 18 - перспективный вид режекторного фильтра на четвертьволновом отрезке линии передачи с использованием тонкопленочной многослойной линии передачи, связанной по электромагнитному полю, который является третьим вариантом изобретения.

Фиг. 19 - эквивалентная схема режекторного фильтра на четвертьволновом отрезке линии передачи по фиг. 18.

Фиг. 20 - виды разных линий передачи для СВЧ-диапазона и волноводов, в которых использован предложенный тонкопленочный многослойный электрод, связанный по электромагнитному полю, на которой Фиг. 20 (a) - перспективный вид микрополосковой линии передачи, в которой использован предложенный тонкопленочный многослойный электрод, связанный по электромагнитному полю; Фиг. 20 (b) - перспективный вид полосковой линии, в которой использован предложенный тонкопленочный многослойный электрод, связанный по электромагнитному полю; Фиг. 20 (с) - перспективный вид коаксиальной линии передачи, в которой использован предложенный тонкопленочный многослойный электрод, связанный по электромагнитному полю; и Фиг. 20 (d) - продольное сечение круглого волновода ТМ01 - моды, в котором использован предложенный тонкопленочный многослойный электрод, связанный по электромагнитному полю.

Фиг. 21 - схематический вид продольного сечения резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1 в продольном направлении, иллюстрирующий его работу.

Фиг. 22 - эквивалентная схема четырехконтактной схемы по фиг. 4.

Фиг. 23 - перспективный вид, изображающий модифицированный вариант двухмодового диэлектрического резонатора типа ТM110.

Фиг. 24 - продольное сечение, изображающее модифицированный вариант двухступенчатого диэлектрического полосового фильтра моды ТМ01 Фиг. 25 - график, показывающий действующую величину тока, проходящего по каждому тонкопленочному проводнику 21 -25 и заземленному проводнику 11, относительно расстояния пропускания, когда толщина пленки xs тонкопленочных диэлектриков 31-34 выполнена меньшей в предлагаемой тонкопленочной многослойной линии передачи.

Фиг. 26 - график, показывающий действующую величину тока, проходящего по каждому тонкопленочному проводнику 21-25 и заземленному проводнику, относительно расстояния пропускания в том случае, когда толщина пленки xs тонкопленочных диэлектриков 31-34 выполнена большей в предложенной тонкопленочной многослойной линии передачи.

Фиг. 27 - вид в сечении модифицированного варианта с использованием тонкопленочной многослойной линии передачи в качестве заземленного проводника в резонаторе на полуволновом отрезке линии передачи с использованием тонкопленочной многослойной линии передачи, связанной по электромагнитному полю, согласно первому варианту изобретения.

Фиг. 28 - график, показывающий относительную амплитуду тока, проходящего по каждому тонкопленочному проводнику 21-25 и заземленному проводнику 11, относительно расстояния пропускания резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Вариант наилучшего осуществления изобретения Ниже описаны варианты настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что одни и те же элементы обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиций.

Первый вариант На фиг. 1 представлен перспективный вид фильтра с использованием резонатора на полуволновом отрезке линии передачи с тонкопленочной многослойной линией передачи, связанной по электромагнитному полю, являющегося первым вариантом изобретения, а на фиг. 2 показан вид данного резонатора в разрезе по линии А- А' на фиг. 1.

В первом варианте резонатора на полуволновом отрезке линии передачи использована тонкопленочная многослойная линия передачи, связанная по электромагнитному полю, с предлагаемым тонкопленочным многослойным электродом, связанным по электромагнитному полю, в структуре которого тонкопленочные проводники 21-25 и тонкопленочные диэлектрики 31-34 уложены поочередно в виде множества слоев. В тонкопленочной многослойной линии передачи, связанной по электромагнитному полю, микрополосковая линия передачи ТЕМ-моды (ниже именуемая как линия основной передачи) L1 выполнена из тонкопленочного проводника 21, заземленного проводника 11 и диэлектрической подложки 10, расположенной между тонкопленочным проводником 21 и заземленным проводником 11, а четыре микрополосковые линии передачи ТЕМ-моды (ниже именуемые как линии субпередачи) L2-L5, уложены слоями на линии основной передачи L1, причем каждая линия субпередачи выполнена таким образом, что один тонкопленочный диэлектрик проложен между парой тонкопленочных проводников. На фиг. 1 и последующих чертежах к номерам позиций диэлектриков через запятую добавляются номера линий передачи.

Более конкретно, резонатор на полуволновом отрезке линии передачи характеризуется следующим: а) толщине пленки xs и диэлектрической проницаемости, s каждого из тонкопленочных диэлектриков 31-34 придают установленные значения, соответственно, чтобы фазовые скорости ТЕМ-волн, которые распространяются по соответствующим линиям передачи L2-L5, были по существу равны друг другу; и b) толщине пленки каждого тонкопленочного проводника 21-25 придают установленную величину меньше глубины проникновения поля o на используемой частоте, так что между соседними линиями передачи L1 и L2, L2 и L3, L3 и L4, L4 и L5 их электромагнитные поля связаны друг с другом.

При такой компоновке высокочастотная энергия, проходящая по линии основной передачи L1, передается на соседние линии субпередачи L2- L5, так что высокочастотный ток по существу однородно проходит по соответствующим тонкопленочным проводникам 21-25, и это приводит к заметному подавлению скин-эффекта, вызванного высокой частотой.

Как показано на фиг. 1 на диэлектрической подложке 10, имеющей заземленный проводник 11, сформированный по всей ее задней поверхности, выполнен в форме полосы тонкопленочный проводник 21, продольная длина которого /2 (где _д - длина волны в волноводе). В этой компоновке линия основной передачи L1 в форме микрополосковой линии передачи выполнена из тонкопленочного проводника 21, заземленного проводника 11 и диэлектрической подложки 10, расположенной между тонкопленочным проводником 21 и заземленным проводником 11. Далее, на тонкопленочном проводнике 21 сформированы тонкопленочный диэлектрик 31, тонкопленочный проводник 22, тонкопленочный диэлектрик 32, тонкопленочный проводник 23, тонкопленочный диэлектрик 33, тонкопленочный проводник 24, тонкопленочный диэлектрик 34 и тонкопленочный проводник 25, уложенные в указанном порядке. При этом линии субпередачи L2 - L5 сформированы следующим образом: (а) тонкопленочный диэлектрик 31 проложен между парой тонкопленочных проводников 21 и 22, и это образует линию субпередачи L2; (b) тонкопленочный диэлектрик 32 проложен между парой тонкопленочных проводников 22 и 23, и это образует линию субпередачи L3; (с) тонкопленочный диэлектрик 33 проложен между парой тонкопленочных проводников 23 и 24, и это образует линию субпередачи L4; (d) тонкопленочный диэлектрик 34 проложен между парой тонкопленочных проводников 24 и 25, и это образует линию субпередачи L5.

Следует отметить, что толщина пленки каждого тонкопленочного проводника 21-25 и толщина пленки xs каждого соответствующего тонкопленочного диэлектрика 31-34 выбирается, как будет описано ниже, с использованием алгоритма определения оптимальных параметров по фиг. 12.

Далее, на диэлектрической подложке 10 сформирован входной проводник 12, выполненный на заданном расстоянии g1 от одного продольного конца тонкопленочного проводника 21 и достаточно близко к нему, чтобы между ними была электромагнитная связь, а выходной проводник 13 сформирован на расстоянии g2 от другого продольного конца тонкопленочного проводника 21 и достаточно близко, чтобы между ними была электромагнитная связь. Следует отметить, что в первом варианте связь как между входным проводником 12 и одним концом тонкопленочного проводника 21, так и между выходным проводником 13 и другим концом тонкопленочного проводника 21 является емкостной.

В данном случае диэлектрическую подложку 10 выполняют, например, из сапфира, который является монокристаллом глинозема, а тонкопленочные диэлектрики 31-34 выполняют, например, из SiO₂. С другой стороны, заземленный проводник 11 и тонкопленочные проводники 21-25 выполнены из таких проводников, как Cu, Ag или Au, обладающих удельной электропроводностью.

На фиг. 2 показаны распределения электрического и магнитного полей в резонаторе на полуволновом отрезке линии передачи, выполненном как было описано выше. На фиг. 2 представлен вид в сечении, но заштриховка диэлектриков отсутствует.

Как видно из фиг. 2, электрические поля распределяются в направлении, перпендикулярном поверхностям тонкопленочных проводников 21-25, и идентично друг другу. С другой стороны, магнитные поля распределяются в направлении, параллельном поверхностям тонкопленочных проводников 21-25, и идентично друг другу. Это свидетельствует, что электромагнитные поля соответствующих линий передачи L2-L5 связаны друг с другом.

На фиг. 3 схематически изображено сечение резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1 в продольном направлении, и подсоединенная к нему схема, а на фиг. 4 - эквивалентная схема резонатора на полуволновом отрезке линии передачи по фиг. 1.

Как показано на фиг. 4, линия основной передачи L1 содержит распределенный постоянный контур, состоящий из единичных распределенных постоянных LC-контуров, соединенных последовательно и имеющих катушки индуктивности L11, L12,..., L1n и конденсаторы C11, C12,..., C1n. Источник сигнала Vsg для возбуждения резонатора Vsg и его внутреннего сопротивления Rsg подключен к одному концу линии основной передачи L1 через идеальный трансформатор T11, имеющий коэффициент трансформации, соответствующий интервалу g1, а нагрузочное сопротивление RL подключено к другому концу линии основной передачи L1 через идеальный трансформатор Т12, имеющий коэффициент трансформации, соответствующий интервалу g2. Следует отметить, что коэффициент трансформации всех последующих идеальных трансформаторов составляет 1:1. В линии основной передачи L1 идеальные трансформаторы T111, Т112,...T11n установлены таким образом, чтобы соединяться с нижней линией на чертеже между соответствующими единичными распределенными постоянными контурами, и идеальные трансформаторы T111, T112, . , T11n заземлены через четырехконтактные схемы F1, F2,. Fn, которые содержат распределенный постоянный контур, включающий сопротивление потерь, и через идеальные трансформаторы Т101, Т102,.Т10n, соответственно.

Следует отметить, что четырехконтактные схемы (обозначенные как F + номер), которые упоминаются ниже, эквивалентны схемам проводника заземления 11 и тонкопленочных проводников 21-25, и каждая из четырехконтактных схем содержит распределенный постоянный контур, включающий сопротивление потерь, как показано на фиг. 22. Более конкретно, каждая четырехконтактная схема имеет эквивалентную схему, в которой последовательно соединено множество единичных контуров, каждый из которых имеет удельную проводимость gdx, удельную емкость cdx и удельную индуктивность ldx. При этом удельная проводимость gdx, удельная емкость cdx и удельная индуктивность ldx выражаются следующими уравнениями, соответственно: gdx = /(y/dz)dx, cdx = o/(y/dz)dx, ldx = o/(dz/y)dx, где - удельная электропроводность заземленного проводника 11 и тонкопленочных проводников 21-25; o - диэлектрическая проницаемость в вакууме; o - магнитная проницаемость в вакууме; dx - бесконечно малая длина заземленного проводника 11 и