一种超低损耗的高频信号移相处理器件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超低损耗的高频信号移相处理器件，其包括衬底、电介质薄膜及导体，所述电介质薄膜设置于衬底上，所述导体设置于电介质薄膜上，所述导体为超导材料制成。本发明具有结构简单紧凑、制作方便、可降低高频应用下移相器传输线导体损耗、实现低损耗高频信号传输等优点。
【专利说明】一种超低损耗的高频信号移相处理器件
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到微波射频电路领域，特指一种基于超导材料的超低损耗的高频移相处理器件。
【背景技术】
[0002]电扫描天线阵列在通信系统、相控阵雷达、缺陷检测等领域中都有重要应用。移相器是电扫描天线阵列的核心组成部分，决定了系统的性能和成本。移相速度快、移相精度高、插入损耗小、功率容量大、体积小、重量轻、成本低廉、可靠性高是毫米波移相器的发展需求。微波移相器的实现方法越来越多，如半导体二级管移相器、砷化镓晶体管开关式移相器、铁氧体移相器、介质移相器。这些移相器中，介质移相器具有响应速度快、插入损耗小、工作温区宽、功耗小、质量轻、生产成本低等优点，是当前移相器研究的重点与热点。
[0003]介质移相器在闻频、甚闻频应用中，存在导体损耗大的问题，而决定导体损耗的主要因素是导体的电导率。现有的介质移相器，传输线多采用金属材料，其中电导率较高的金属有银(61M Siemens/m)、铜(58M Siemens/m)和金(41M Siemens/m)。虽然银和铜的电导率高，但其抗钝化性、电镀平整度都不如金，故当前研究多采用金作为传输线。
[0004]但在高频应用中，以金或银作为传输线的介质移相器，导体损耗非常大，这导致传输距离太短，移相器的相移度无法做得很大；或者需要额外的放大器，引入更高的成本和更大的噪声。仿真结果表明，采用超导材料，能够显著降低器件的损耗，大大提高器件能量传导率。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、制作方便、可降低高频应用下移相器传输线导体损耗、实现低损耗高频信号传输的一种超低损耗的高频信号移相处理器件。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种超低损耗的高频信号移相处理器件，包括衬底、电介质薄膜及导体，所述电介质薄膜设置于衬底上，所述导体设置于电介质薄膜上，所述导体为超导材料制成。
[0007]作为本发明的进一步改进:所述导体与电介质薄膜之间设置有第一金属层。
[0008]作为本发明的进一步改进:所述导体包括传输线和参考地，所述传输线位于中间，所述参考地分设于传输线的两侧。
[0009]作为本发明的进一步改进:所述超导材料为镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
[0010]本发明进一步提供一种超低损耗的高频信号移相处理器件，包括衬底、第二金属层、电介质层及传输线层，所述第二金属层镀设于衬底上形成参考地，所述电介质层设置于第二金属层上，所述传输线层设置于所述电介质层上，所述传输线层和第二金属层均为超导材料制成。[0011]作为本发明的进一步改进:所述传输线层与电介质层之间设置有第三金属层。
[0012]作为本发明的进一步改进:所述衬底与第二金属层之间设有第四金属层。
[0013]作为本发明的进一步改进:所述超导材料为镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
[0014]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明的超低损耗的高频信号移相处理器件，结构简单紧凑、制作方便，以超导材料作为信号传输线，在特定的工作环境下能够获得更低的导体损耗，更高的功率容量，使得移相器更多的输入能量能够通过传输线到达输出端。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明在实施例1中的原理示意图。
[0016]图2是本发明在实施例2中的原理示意图。
[0017]图3是本发明在实施例3中的原理示意图。
[0018]图4是本发明在实施例4中的原理示意图。
[0019]图5是本发明实施例1的制作流程示意图。
[0020]图6是本发明实施例2的制作流程示意图。
[0021]图7是本发明实施例3的制作流程示意图。
[0022]图8是本发明实施例4的制作流程示意图。
[0023]图例说明:
1、衬底；2、电介质薄膜；3、导体；4、第一金属层；5、第二金属层；6、电介质层；7、传输线层；8、第三金属层；9、第四金属层。
【具体实施方式】
[0024]以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0025]实施例1:如图1所示，本发明的超低损耗的高频信号移相处理器件，以共面波导移相器(又称共面微带传输线)为例，其包括衬底1、电介质薄膜2及导体3，电介质薄膜2设置于衬底I上，导体3设置于电介质薄膜2上。衬底I作为介质基片，根据实际需要采用硅、多孔硅、石英、蓝宝石、氧化铝陶瓷或玻璃纤维等材料。电介质薄膜2作为介质移相器移相度可调谐的基础。导体3包括传输线和参考地，传输线位于中间，参考地分设于传输线的两侧。
[0026]本发明中的导体3为超导材料制成，利用超导材料特定条件下电导率高的优势，降低器件的导体损耗。超导材料可以根据实际需要采用镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
[0027]制作时，如图5所示，先在衬底I上制作一层电介质薄膜2，可以采用脉冲激光沉积技术；再在电介质薄膜2上直接制作一层超导薄膜材料，可以采用脉冲激光沉积或磁控溅射等技术；最后，可以采用光刻、显影、腐蚀等工艺步骤制备所需形状的电路。
[0028]实施例2:如图2所示，该实施例与实施例1基本一致，不同之处就在于，导体3与电介质薄膜2之间设置有第一金属层4。即采用粘合性好的金属作为第一金属层4，采用与超导材料相结合的方法，如将超导材料制备在铬、镍等金属上。这种先制作第一金属层4，然后再在第一金属层4上加超导材料的原因是，金属具有更好的粘附效果，在这里起到粘附剂的作用，工艺制作上更容易实现，同时不失超导特定条件下电导率大的优势。
[0029]制作时，如图7所示，先在衬底I上制作一层电介质薄膜2，可以采用脉冲激光沉积技术；再在电介质薄膜2上通过热蒸发的方式形成第一金属层4,然后在第一金属层4直接制作一层超导薄膜材料，可以采用脉冲激光沉积或磁控溅射等技术；最后，可以采用光刻、显影、腐蚀等工艺步骤制备所需形状的电路。
[0030]实施例3:如图3所示，本发明的超低损耗的高频信号移相处理器件，以微带线移相器为例，其包括衬底1、第二金属层5、电介质层6及传输线层7,第二金属层5镀设于衬底I上形成参考地，电介质层6采用沉积法设置于第二金属层5上，电介质层6为介电常数可调的电介质，传输线层7设置于电介质层6上,作为移相度调谐的基础。
[0031]本发明中的传输线层7和第二金属层5均为超导材料制成，利用超导材料特定条件下电导率高的优势，降低器件的导体损耗。超导材料可以根据实际需要采用镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
[0032]制作时，如图6所示，先在衬底I上制作由超导材料制成的第二金属层5，作为地电极；然后，将电介质层6设置于第二金属层5上，可以采用脉冲激光沉积技术；再在电介质层6上直接制作一层超导薄膜材料，可以采用脉冲激光沉积或磁控溅射等技术；最后，可以采用光刻、显影、腐蚀等工艺步骤制备所需形状的电路。
[0033]实施例4:如图4所不,该实施例与实施例3基本一致,不同之处就在于,传输线层7与电介质层6之间设置有第三金属层8,衬底I与第二金属层5之间设有第四金属层9。即采用粘合性好的金属作为第三金属层8、第四金属层9，采用与超导材料相结合的方法，如将超导材料制备在铬、镍等金属上。这种先制作第三金属层8、第四金属层9，然后再在第三金属层8、第四金属层9上加超导材料的原因是，金属具有更好的粘附效果，在这里起到粘附剂的作用，工艺制作上更容易实现，同时不失超导特定条件下电导率大的优势。
[0034]制作时，如图8所示，先在衬底I上先通过热蒸发的方式形成第四金属层9，在第四金属层9上制作由超导材料制成的第二金属层5，作为地电极；然后，将电介质层6设置于第二金属层5上，可以采用脉冲激光沉积技术；再在电介质层6上通过热蒸发的方式形成第三金属层8，然后在第三金属层8直接制作一层超导薄膜材料，可以采用脉冲激光沉积或磁控溅射等技术；最后，可以采用光刻、显影、腐蚀等工艺步骤制备所需形状的电路。
[0035]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种超低损耗的高频信号移相处理器件，包括衬底(I)、电介质薄膜(2)及导体(3)，所述电介质薄膜(2)设置于衬底(I)上，所述导体(3)设置于电介质薄膜(2)上，其特征在于，所述导体(3)为超导材料制成。
2.根据权利要求1所述的超低损耗的高频信号移相处理器件，其特征在于，所述导体(3)与电介质薄膜(2)之间设置有第一金属层(4)。
3.根据权利要求1或2所述的超低损耗的高频信号移相处理器件，其特征在于，所述导体(3)包括传输线和参考地，所述传输线位于中间，所述参考地分设于传输线的两侧。
4.根据权利要求1或2所述的超低损耗的高频信号移相处理器件，其特征在于，所述超导材料为镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
5.—种超低损耗的高频信号移相处理器件,包括衬底(I)、第二金属层(5)、电介质层(6 )及传输线层(7 )，所述第二金属层(5 )镀设于衬底(I)上形成参考地，所述电介质层(6 )设置于第二金属层(5)上，所述传输线层(7)设置于所述电介质层(6)上，其特征在于，所述传输线层(7 )和第二金属层(5 )均为超导材料制成。
6.根据权利要求5所述的超低损耗的高频信号移相处理器件，其特征在于，所述传输线层(7 )与电介质层(6 )之间设置有第三金属层(8 )。
7.根据权利要求5所述的超低损耗的高频信号移相处理器件，其特征在于，所述衬底(O与第二金属层(5)之间设有第四金属层(9)。
8.根据权利要求5或6或7所述的超低损耗的高频信号移相处理器件，其特征在于，所述超导材料为镧钡铜氧、钇钡铜氧、铋锶钙铜氧、铊钡钙铜氧、铅锶钇铜氧或钡钾铋氧。
【文档编号】H01P1/18GK103956539SQ201410176432
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】陈书明, 张金英, 宁希, 池雅庆, 梁斌 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学