ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ПЕРЕСТРАИВАЕМАЯ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ

June 24, 2012 by admin Комментировать »

Козырев А. Б., Солдатенков О. И., Иванов А. В., Иванова С. Ю.

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет (ЛЭТИ) ул. проф. Попова, 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия Тел.: (812) 2344809; e-mail: mcl@eltech.ru L. Sengupta

Paratek Microwave Inc., 6925 Oakland Mills Rd., Suite J, Columbia, MD, 21045


Рис. 1. Топология сегнетоэлектрической линии задержки

Аннотация Представлена конструкция электрически управляемой линии задержки, работающей в диапазоне частот 1.8^2.2 ГГц, в качестве нелинейных элементов которой были использованы сегнетоэлектрические конденсаторы на основе тонких (Ba,Sr)Ti03 (BSTO) пленок. Линия задержки продемонстрировала непрерывное изменение группового времени задержки (ГВЗ) в интервале 2^3 не; при этом вносимые потери S2i составляли 2.5+1 дБ в рабочем диапазоне частот при всех управляющих напряжения.

I.  Введение

Fig. 1. Layout of ferroelectric delay line

(Ь)

Проведенные ранее исследования, продемонстрировали перспективность использования сегнетоэлектрических пленок для разработки перестраиваемых СВЧ устройств, работающих в широком диапазоне частот [1, 2]. Настоящая работа посвящена созданию электрически управляемой линии задержки на основе BSTO пленок, работающей в диапазоне частот 1.8+2.2 ГГц.

Frequency, GHz

II.   Основная часть

Frequency, GHz

Используемые в работе BSTO пленки были изготовлены с использованием керамической технологии

[1]    . На основе тонких BSTO пленок были сформированы планарные конденсаторы, выступающие в качестве нелинейных элементов линии задержки. Проведенные исследования СВЧ свойств планарных BSTO конденсаторов с использованием разработанных ранее методов [4] позволили оценить параметры элементов на частотах вблизи 2 ГГц. Сегнетоэлектрические нелинейные элементы продемонстрировали управляемость при приложении постоянного напряжения C(U=0V)/C(Umax) равную 2; диэлектрические потери конденсаторов изменялись от

0.         005 (U=0 V) до 0.02 (Umax).

Топология разработанной сегнетоэлектрической линии задержки представлена на рисунке 1. Линия задержки сконструирована в микрополосковом исполнении и состоит из 3-дБ 90° направленного ответвителя; LC контуров, подключенных к выходам направленного ответвителя как отражающие окончания; полуволновых отрезков микрополосковых линий, последовательно и параллельно подсоединенных к входам направленного ответвителя. Волновое сопротивление полуволновых отрезков выбиралось таким образом, чтобы максимально расширить рабочую полосу частот направленного ответвителя [5, 6]. Каждое из отражающих окончаний включает в себя два последовательных LC контура, соединенных параллельно. LC контуры сформированы сегнетоэлектрическими конденсаторами (С) и микрополосковыми индуктивностями (L). Короткое замыкание последовательных LC контуров по СВЧ сигналу обеспечивается с помощью прямоугольных АУ4 шлейфов. Нелинейные сегнетоэлектрические конденсаторы обеспечивают изменение резонансной частоты LC контуров под действием постоянного управляющего напряжения.

Puc. 2. СВЧ характеристики электрически перестраиваемой сегнетоэлектрической линии задержки

Fig. 2. MW performance of electrically tunable ferroelectric delay line

В представленной конструкции линии задержки реализовано независимое управление LC контурами.

Управляющее напряжение подается на сегнетоэлектрические конденсаторы через тонкие проволочки, подсоединенные к Х/Л шлейфам. Микрополосковый фильтр нижних частот, подключенный к направленному ответвителю, обеспечивает контакт по постоянному напряжению для всех управляемых конденсаторов. Независимое управление LC контурами позволяет сближать или раздвигать их резонансные частоты. Это приводит к изменению угла наклона фазо-частотной характеристики схемы и, соответственно, к изменению ГВЗ.

Результаты СВЧ измерений параметров линии задержки представлены на рисунке 2. При электрическом управлении сегнетоэлектрическими конденсаторами происходит изменение ГВЗ от 2 не до 3 не в диапазоне частот 1.8н-2.2ГГц. Линейность фазочастотной характеристики в рабочем диапазоне частот была не хуже +1.5 град. Вносимые потери во всем рабочем диапазоне частот составили 2.5+1 дБ. Изменение уровня вносимых потерь при изменении управляющего напряжения не превышало +0.2 дБ. Коэффициент отражения был измерен как Sn<-13 дБ.

III.   Заключение

Рассмотрена конструкция и СВЧ характеристики электрически управляемой сегнетоэлектрической линии задержки. Представленная линия задержки продемонстрировала непрерывное изменение ГВЗ в диапазоне 2н-3 не в рабочей полосе частот 1.8н-2.2 ГГц. Вносимые потери составляли 2.5+1 дБ с очень слабой вариацией (+0.2 дБ) при изменении управляющего напряжения.

IV.  Список литературы

[1 ] Козырев А. Б., Гайдуков М. М., Гагарин А. Г., Иванов А. В. и др. В кн. 11-я Международная Крымская конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии". Материалы конференции [Севастополь, 10-14 сентября 2001 г.]. Севастополь: «Вебер», 2001, стр. 478-480. ISBN 9667968-00-6.

[1] Солдатенков О. И., Иванов А. В. и др. В кн. 12-я Международная Крымская конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии". Материалы конференции [Севастополь, 9-13 сентября 2002 г.]. Севастополь: «Вебер», 2002, стр. 383-384. ISBN 966-7968-12-Х.

[2] A. Kozyrev, A. Ivanov, Т. Samoilova, О. Soldatenkov,

L. Sengupta. Integrated Ferroelectrics, 2001, Vol. 34, pp. 237-245.

[3] A. Kozyrev, V. Keis, O. Buslov, A. Ivanov, O. Soldatenkov,

V. Loginov, A. Taricin, J. Graul. Microwave properties of ferroelectric film planar varactors. Integrated Ferroelectrics,

2001,               Vol. 34, pp. 271-307.

[4] Ashforth J.V. Design equations to realize a broadband hybrid ring or a two-branch guide coupler of any coupling coefficient. El. Letters, 1988, Vol. 24, pp. 1276-1277.

[5] B. Mayer, R. Knochel. Branchline-couplers with improved design flexibility and broad bandwidth. IEEE MTT-S Digest, 1990, Vol. 1, pp. 391-394.

ELECTRICALLY CONTROLLED FERROELECTRIC DELAY LINE

Kozyrev A. B., Soldatenkov О. I.,

Ivanov A. V., Ivanova S. Yu.

S-Petersburg Electrotechnical University (LETI)

Prof. Popova St. 5, St-Petersburg, 197376, Russia Phone: (812) 2344809, e-mail: mcl@eltech.ru L. Sengupta Paratek Microwave Inc.

6925 Oakland Mills Rd., Suite J, Columbia, MD, 21045

Abstract New design and results of testing of a broadband microwave tunable delay line are presented. A tunable delay line on the basis of microstrip broadbanded directional couplers and tunable reflective terminals with ferroelectric film planar capacitors was created. The delay variation of 1 ns over frequency range from 1.8 GHz to 2.2 GHz was exhibited.

I.  Introduction

Previous investigations [1, 2] showed good prospects for the use of thin ferroelectric films in tunable microwave devices. Present work is devoted to manufacturing of a microwave tunable delay line with ferroelectric film planar capacitors for operating at frequencies ranging from 1.8 GHz to 2.2 GHz.

II.  Main part

The tunable delay line was designed on the basis of copper microstrip lines on alumina substrate of 1 mm thickness and square of 60mm x 48mm. The topology ofthe delay line is depicted in fig.1. The delay line consists of broadbanded quadrature directional coupler cascaded at its input/output by two XI2sections connected in series and in parallel respectively and tunable reflective terminals. Each reflective terminal includes two resonance series LC-circuits connected in parallel. The resonance LC-circuits are presented in Fig.1 as gaps for the chip ferroelectric capacitors and narrow microstrip lines (inductors) loaded with XI4 open stubs (microwave grounds). The concept of the design allows controlling each ferroelectric capacitor separately. For this goal control voltage is applied to the capacitors via thin wires connected with the stubs. The common bias voltage point for all ferroelectric capacitors is connected with a microstrip line via low frequency filter.

The results of testing ofthe delay line are presented in Fig.2. As it is seen in this figure, the tunable delay line demonstrated under control voltage the delay variation of 1 ns with phase linearity of less than ±1.5 deg over frequency range from 1.8 GHz to 2.2 GHz. Insertion loss over the operating bandwidth was S2i=2.5±1 dB. Insertion loss variation under tuning was measured as ±0.2 dB. Input return loss was better than -13 dB.

III.  Conclusion

The new construction of the microwave microstrip tunable delay line was developed. The tunable delay line was designed on the basis of broadbanded quadrature directional coupler with reflective terminals including ferroelectric film planar capacitors for the tuning. The prototype of the tunable delay line demonstrated a delay variation of 1 ns with phase linearity of less than ±1.5 deg over frequency range from 1.8 GHz to 2.2 GHz (20% operating bandwidth). The tunable delay line exhibited under tuning the insertion loss variations of ±0.2 dB at S2i=-2.5±1 dB in the operating bandwidth. The microwave characteristics of the tunable delay line tested are quite suitable for the microwave variable delay applications.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты