[发明专利]微波装置和涉及开关的方法

说明书

发明领域

本发明涉及微波的开关装置，它包含有一在其电介质基片上安置有电极的器件。本发明还涉及使微波器件在第一态和第二态之间切换的方法。

技术状态

各种用于微波的开关人们都是很熟知的。一般来说它们分属两种不同的类型，即机械的或以pin二极管或晶体三极管为基础的两种类型。在Kunes M.A.，和Conner G.G.的论文：“a Digitally ControlledTunable High Power Output Filter for Space Applications”，Proc.European Microwave Conference，pp.681-686，1989，中所公开的就是一个机械类型开关器件的例子。但是机械开关却具有体积大和动作慢的缺点。基于pin二极管的开关尤其具有pin二极管的消耗的控制电流较大的缺点。

在Helszajn J.，的论文“Passive and Active MicrowaveCircuits”(J.Wiley，1978)中图示出了无源和有源的微波电路。人们熟悉的微波器件都是以铁电基片为基础的，请参看论文：Lancaster M.，Powell J.，and Porch A，“Thin Film FerroelectricMicrowave Device”，Supercondt.Sci.Tecnol.，Vol11，pp.1323-1334，1998。这样的器件的优点是：它们的尺寸可做得很小，可提供较大的调节能力，和具有很小的控制功耗。在微波频率上该铁电材料的介电常数可连续调节，以铁电材料为基础的模拟开关，移相器和其它部件都是人们所熟悉的。但是以该已知的介电常数的电压依赖关系为基础的开关却具有下述缺点：由于该介电常数本身是与温度和电压有关的而会显示出较大的温度和电压敏感性。

此外，在微波频率上没观察到众所周知的以铁电畴的低速重新取向为基础的切换机制，因而可用来制造微波开关。

在US-A-5329261中公开了一种以铁电材料的非线性性质为基础的限幅器/开关。给出了一种以众所周知的铁电材料性能为基础的新的器件设计。但是仅在高微波功率时才出现该非线性，而且它还不具有任何双稳定性的特征。该器件的工作基础是该电介质材料(dielectricum)的介电常数对于施加的DC和微波场的单调依赖关系。还有一不利之处是微波功率必须很高。

在Gevorgian等的论文：“Tunable microwave device based onbulk and thin film ferroelectrics”，Integrated Ferroelectrics1998，Vol.22，No.1-4，pp.245-257中公开了双滞后回线，也就是电介质状态切换的现象。但是，因为已被证实，对于模拟的可调节滤波器的应用来说该产生的切换将是不利的，这是由于它在该滤波器的中心频率的电控方面会引起不确定性，因而就格外地认为实际的实施是不现实的。此外，在STO晶体中的微波损耗将随施加的DC电场强度而急剧增大，这对于STO在模拟的电可调滤波器上的实际使用是一严重缺陷，这种滤波器要求电压与该滤波器的中心频率的调节无关。

发明概述

因而所需要的就是这样的微波开关装置：能做得很小，具有很低的DC功耗(控制功率)，能运行在高微波功率上，以及具有很高的品质因素(Q-因素)。更进一步说，还需要微波开关装置快速运行。还需要装置是廉价和容易制造的。还需要一能实现上述目的的开关微波器件的方法。

因而本发明将提供一微波装置，它包含一这样的器件，该器件具有：一电介质基片、安置在该电介质基片上的电极、以及用来将微波耦合进和耦合出所述装置的微波传输装置。所述基片包括SrTiO₃晶体，特别是单晶体，或具有相同或类似性质的电介质材料。该开关装置是按数字方式开关的。将第一和第二连接装置连接到每个电极上，而且还提供有一温度调节装置来冷却该器件，通过适当施加一电压或外部电脉冲的方法该基片的介电常数就可在第一稳定态和一第二稳定态之间切换，这样就提供了双稳态特性。品质因数(Q-因数)是很高的，而且对于两种状态，即“接通(on)”-态和“断开(off)”-态来说，该品质因数基本上是相等的。

在一个实施例中，将所述连接装置这样安排，使得所述电极被短路或与之等效。当该DC电压源是接通的但不施加电压时，该温度调节装置就可用来冷却该器件。这与电极短路来冷却的方法等效。