[发明专利]混合材料的RF电路和元件

说明书

技术领域

[0001]本发明通常涉及采用超导材料的RF元件，特别涉及采用混合 材料的RF元件。

发明背景

[0002]射频(RF)电路/元件(如天线)通常是由铜制成。铜便宜、 藏量丰富、且其具有相当高的传导性和极低阻抗。在天线情况里，阻抗使 得能量很难被发射出去。能量反而会转换成热量，从而降低天线效率。

[0003]铜适合大多数元件，其中元件尺寸大致是固有谐振(natural resonance)尺寸，固有谐振通常发生在λ/4或λ/2或λ上，其中λ是波长。 但是，当元件尺寸相对其运行波长下降时，阻抗显著增加。这类元件的例 子包括负载天线(loaded antenna)，如螺旋天线(helix antenna)，其通常将 天线尺寸减少到其谐振长度的1/3或者更少。

[0004]超导材料没有阻抗(至少当材料温度降低到临界温度T_c之下 时)。理论上，超导元件能够提供比全铜元件更高的效率。超导材料有许多 问题，使得其很难被优先采用。第一，超导材料非常昂贵。第二，超导材 料需要冷却剂以降温到T_c，例如，一些高温超导体的T_c是92°K，而其它 超导体的T_c更低，如低温超导体。第三，超导材料通常是易碎的，很难将 超导材料做成除了二维细平的片状或线状的其他形状。

[0005]目前已有RF系统采用超导材料。一个例子是使用超导材料制 成整个系统的解决方法。这种系统通常被限制在一个二维表面，占用很大 空间，并且非常昂贵。最近，随着无线基站变得越来越复杂，工程人员正 面临散热问题，特别是功率放大器和滤波器。在商业领域，人们开始使用 由超导材料制成的滤波器用于室外基站，由于材料和低温制冷系统导致成 本上升。但是，极大地降低了空间需求，这可以抵消上升的制造成本。一 个基站系统使用完全是由超导材料制成的滤波器。

[0006]另一个现有系统包括一个滤波器组，其中一些滤波器是由超导 材料制成，而其它滤波器是由导电材料制成。另一个现有系统包括一个嵌 入到超导球体或圆柱内的铜天线，以在它们离开天线后和在进入自由空间 之前改善天线场型，类似于透镜效应(lens effect)。但是，很难建造这些 采用完全由超导体制成的电路或元件的现有系统，因为超导材料易碎，而 且由于超导材料成本高使得制造昂贵。

发明概述

[0007]本发明各种实施例涉及在一个给定离散元件内采用导电和超 导材料的RF电路的系统和方法。在一个例子里，天线元件在具有高电流 密度的部分上使用超导材料，而其它部分是由导电材料制成。一个示范方 法包括设计RF电路/元件、确定电路/元件内的电流密度、将具有高电流密 度的一些部分替换为超导材料。

[0008]本发明各种实施例比现有技术提供更多的优势。例如，一些实 施例允许相同的设计，在制作复杂外形和三维(3D)外形时使用铜，而同 时提供超导材料的性能特性。

[0009]前述已经相当广泛地阐述了本发明的特征和技术优势，以便能 够更好地理解以下本发明的详细描述。本发明的额外特征和优势将在其后 描述，其构成本发明的权利要求科目。本领域有经验的技术人员应该理解， 在此披露的概念和具体实施例可以被利用作为一个基础，用作修改或设计 其它结构以便能够执行本发明的相同目的。本领域有经验的技术人员也应 该认识到，这种等同构造没有偏离在附加权利要求内阐述的本发明的精神 和范围。被看作本发明特征的新颖性特征，无论是其组织和操作方法，与 其它目的和优势一起，从以下的描述并结合附图将会被更好地理解。但是， 应该深刻地理解，在此提供的每个附图仅是用作描述用途，不是意在作为 限制本发明的定义。

附图说明

[0010]为了更完整地理解本发明，现结合附图对以下描述作出参考， 其中：

[0011]图1描述本发明一个实施例的典型系统；

[0012]图2显示本发明一个实施例的典型系统；

[0013]图3显示本发明一个实施例的典型系统；

[0014]图4描述本发明一个实施例的示例耦合情景；

[0015]图5描述本发明一个实施例的典型仿真RF电路设计；

[0016]图6描述本发明一个实施例的典型设计；

[0017]图7描述本发明一个实施例的典型设计；