|
| |
|
Слаботочка Книги стройки в этом случае противоречит условию высокой собственной добротности. Компромиссом в этом случае является приложение управляющего напряжения к узкому зазору между двумя пленочными электродами, расположенными на одной плоскости ДР (см. рис. 2.2, б). При таком расположении электродов перестройка частоты ДР несколько меньше, но добротность выше и условия связи ДР с линией передачи лучше. Рассмотрим перестраиваемые ДР с управляющими электродами, нанесенными на две противоположные стороны тонкого ДР. Поскольку управляющее поле обыч- ;,гг г но низкочастотное, а резонансные колебания сверхвысокочастотные, то для увеличения собственной добротности можно не- 60 40
о too 200 300 ши,в  10- w W й,мкм Рис. 2.20. Зависимость частоты ДР, выполненного нз монокристалла Sr TiOj, от напряжения на электродах (1/2а = 0,1) Рис. 2.21. Зависимость частоты и собственной добротности основного типа колебания ДР, выполненного из титаната стронция, от толщины электродов: левые кривые для графита; правые - для хрома пользовать свойство различия скин-слоев в металле для низкочастотных и высокочастотных полей. Если подобрать толщину электродов так, чтобы она была меньше скин-слоя, т. е. электроды были радиопрозрачны в рабочем диапазоне частот ДР, то собственная добротность увеличится. Такие электроды создают однородное управляющее поле в ДР, изменяющее диэлектрическую проницаемость по закону (1.4). В результате частота ДР, изготовленного из титаната стронция, изменяется от управляющего напряжения (рис. 2.20). Зависимости частоты Яц типа колебаний и собственной добротности от толщины А электродов показаны на рис. 2.21. Электроды выполнены из хрома и графита. Максимальная крутизна зависимости Qo (А) соответствует толщине электродов, равной величине скин-слоя. Толщина ДР L = 0,3 мм. Собственная добротность электронно-перестраиваемых ДР о планерными электродами на одной стороне уменьшается с увеличением их площади. Электроды из меди толщиной 5 мкм, покрывающие одну сторону ДР, имеют Q = 200 на частоте 5 ГГц. При умень- шении площади электродов до V3 от площади границ ДР добротность увеличивается до 400. Добротность того же ДР без электродов равна 1400. Измерения проводились при температуре 78 К. На величину добротности ДР с электродами сильно влияет качество обработки поверхности с металлической пленкой. Приведенные выше результаты относятся к ДР, обработанным по 11 классу точности. ДР, обработанные по 6 классу, имеют приблизительно вдвое меньшую добротность. Зависимость перестройки частоты ДР с планарными электродами от управляющего напряжения показана на рис. 2.22. Исследо- &ф(0},%   Рнс. 2.22. Зависимость перестройки и частоты ДР из монокристалла SrTiOs от управляющего напряжения: / - резонанс щели между электродами; 2 - резонанс ДР Рис. 2.23. Зависимость перестройки трехслойного ДР с параэлек-трической пленкой: / - щелевой резонанс; 2 - диэлектрический резонанс (пленка с электродами на поверхности ДР); 3 - диэлектрический резонанс (подложка на поверхности ДР) ванный резонатор имел размеры 13,5 X 3,5 X 0,43 мм с зазором между электродами S = 60 мкм. Как видно, частота типа колебаний сильнее зависит от напряжения на электродах, чем частота типа. Э()фективность перестройки ДР с планарными электродами меньше, чем с плоскопараллельными. Зазор между электродами можно рассматривать как отрезок щелевой линии, в котором могут существовать собственные колебания при условии, что его длина кратна половине длины волны в этой линии (2-й способ), = К 1/2 (е + 1)-. Отсюда следует, что собственные частоты щелевого резонатора (ЩР) и = псУ2(г+ \)-l2d, где d - длина щели; /г = 1, 2, 3...- число полуволн, укладывающихся по длине щели; с = 3 10 м/с. Под действием управляющего электрического напряжения диэлектрическая проницаемость материала ДР в окрестности щели становится неоднородной из-за неоднородности управляющего поля. Поэтому диэлектрическая проницаемость Вд для рассматриваемого ДР равна некоторой эффективной диэлектрической проница- емости Eg, которую можно определить методом конформного преобразования планарной системы электродов в плоскую. Для однослойного ДР с планарными электродами ва можно вычислить с достаточной точностью при SIL < 2; вд 1; Sla < 0,1: бэ = eg In (4VS)/2n arcsh (2L/S), где S - величина зазора между электродами; К = Sla - полный эллиптический интеграл первого рода; а - размер электродов поперек щели. Щелевой резонатор, образованный электродами на поверхности однослойной структуры, можно перестраивать в гораздо больших пределах. Добротность такого ДР составляет (150-200) на частоте б ГГц. Расчетная частота щелевого ДР ниже экспериментальной на 10-15 %. Это можно объяснить влиянием не учитываемых при расчете краевых емкостей на концах щели. Описанные перестраиваемые ДР успешно используют при низких температурах (меньше 90 К), так как материалы с сильной зависимостью Вд [Е) при нормальной температуре имеют высокий тангенс угла диэлектрических потерь (tg б > 10 ) на СВЧ. Для таких случаев предложен [75] трехслойный ДР, состоящий из параэлек-трической пленки толщиной 5...20 мкм на подложке из высокодобротного диэлектрика с малой диэлектрической проницаемостью (вп < < 10) и слоя высоко добротного диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью (бд 40). Такое расположение параэлек-трика не позволяет получить большую непосредственную перестройку диэлектрических типов колебаний, если толщина параэлек-трического слоя гораздо тоньше остальных слоев. Однако в этом случае добротность структуры может быть высокой. На рис. 2.23 показана зависимость перестройки частоты трехслойного ДР в 3-сантиметровом диапазоне длин волн. ДР составлен из прямоугольной пластины диэлектрической керамики ТБНС (вд = 80, tg б = 6 Ю *) размером 5,5 X 5,5 X 0,6 мм и пара-электрической пленки типа КН1-6 толщиной 8 мкм на подложке из керамической окиси магния размером 5,5 X 5,5 X 0,5 мм. Собственная добротность такого ДР на частоте 9,6 ГГц составляет 680. Управляющие электроды с зазором между ними 50 мкм наносят на параэлектрическую пленку. Если параэлектрическая пленка с электродами расположена на поверхности трехслойного ДР так, что ее подложка контактирует с пластиной из материала с вд = 80, то основным типом колебаний является Нх- При расположении подложки на поверхности трехслойного ДР основной тип колебаний Еуп- В этом случае диапазон перестройки больше (рис. 2.23). Однако добротность в этом случае снижается до 180. В трехслойном ДР с планарными электродами на параэлектри-ческой пленке выполняются также условия для резонанса в отрезке щелевой линии, образованной щелью между электродами. Собственная добротность такого щелевого резонатора составляет 60- 90, т. е. гораздо меньше, чем у диэлектрических типов колебаний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [19] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 |