Козирєв А. Б., Солдатенков О. І., Іванов А. В., Іванова С. Ю.

Санкт-Петербурзький Державний Електротехнічний Університет (ЛЕТІ) вул. проф. Попова, 5, Санкт-Петербург, 197376, Росія Тел.: (812) 2344809; e-mail: mcl@eltech.ru L. Sengupta

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


Рис. 1. Топологія сегнетоелектричної лінії затримки

Анотація Представлена ​​конструкція електрично керованою лінії затримки, що працює в діапазоні частот 1.8 ^ 2.2 ГГц, в якості нелінійних елементів якої були використані сегнетоелектрічеськие конденсатори на основі тонких (Ba, Sr) Ti03 (BSTO) плівок. Лінія затримки продемонструвала безперервна зміна групового часу затримки (ГВЗ) в інтервалі 2 ^ 3 не; при цьому вносяться втрати S2i становили 2.5 +1 дБ в робочому діапазоні частот при всіх керуючих напруги.

I. Вступ

Fig. 1. Layout of ferroelectric delay line

(Ь)

Проведені раніше дослідження, продемонстрували перспективність використання сегнетоелектричних плівок для розробки перебудовуються СВЧ пристроїв, що працюють в широкому діапазоні частот [1, 2]. Справжня робота присвячена створенню електрично керованою лінії затримки на основі BSTO плівок, що працює в діапазоні частот 1.8 +2.2 ГГц.

Frequency, GHz

II. Основна частина

Frequency, GHz

Використовувані в роботі BSTO плівки були виготовлені з використанням керамічної технології

[1]. На основі тонких плівок BSTO були сформовані планарниє конденсатори, що виступають в якості нелінійних елементів лінії затримки. Проведені дослідження НВЧ властивостей планарних BSTO конденсаторів з використанням розроблених раніше методів [4] дозволили оцінити параметри елементів на частотах поблизу 2 ГГц. Сегнетоелектричних нелінійні елементи продемонстрували керованість при додатку постійної напруги C (U = 0V) / C (Umax) дорівнює 2; діелектричні втрати конденсаторів змінювалися від

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

Топологія розробленої сегнетоелектричної лінії затримки представлена ​​на малюнку 1. Лінія затримки сконструйована в микрополосковой виконанні і складається з 3-дБ 90 ° спрямованого відгалужувачі; LC контурів, підключених до виходів спрямованого відгалужувачі як відображають закінчення; півхвильових відрізків мікрополоскових ліній, послідовно і паралельно приєднаних до входів спрямованого відгалужувачі. Хвильовий опір півхвильових відрізків вибиралося таким чином, щоб максимально розширити робочу смугу частот спрямованого відгалужувачі [5, 6]. Кожне з відображають закінчень включає в себе два послідовних LC контура, з’єднаних паралельно. LC контури сформовані сегнетоелектричними конденсаторами (С) і мікрополоскових індуктивностями (L). Коротке замикання послідовних LC контурів по НВЧ сигналу забезпечується за допомогою прямокутних АУ4 шлейфів. Нелінійні сегнетоелектрічеськие конденсатори забезпечують зміна резонансної частоти LC контурів під дією постійного керуючого напруги.

Puc. 2. СВЧ характеристики електрично перебудовується сегнетоелектричної лінії затримки

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

У представленій конструкції лінії затримки реалізовано незалежне управління LC контурами.

Керуюча напруга подається на сегнетоелектрічеськие конденсатори через тонкі зволікання, під’єднані до Х / Л шлейфам. Микрополосковой фільтр нижніх частот, підключений до спрямованого відгалужувачі, забезпечує контакт по постійному напрузі для всіх керованих конденсаторів. Незалежне управління LC контурами дозволяє зближувати або розсовувати їх резонансні частоти. Це призводить до зміни кута нахилу фазо-частотної характеристики схеми і, відповідно, до зміни ГВЗ.

Результати СВЧ вимірювань параметрів лінії затримки представлені на малюнку 2. При електричному управлінні сегнетоелектричними конденсаторами відбувається зміна ГВЗ від 2 не до 3 не в діапазоні частот 1.8н-2.2ГГц. Лінійність фазочастотной характеристики в робочому діапазоні частот була не гірше +1.5 град. Внесені втрати у всьому робочому діапазоні частот склали 2.5 +1 дБ. Зміна рівня внесених втрат при зміні керуючого напруги не перевищувало +0.2 дБ. Коефіцієнт відбиття було виміряно як Sn < -13 дБ.

III. Висновок

Розглянуто конструкція і СВЧ характеристики електрично керованою сегнетоелектричної лінії затримки. Представлена ​​лінія затримки продемонструвала безперервна зміна ГВЗ в діапазоні 2н-3 не в робочій смузі частот 1.8н-2.2 ГГц. Внесені втрати становили 2.5 +1 дБ з дуже слабкою варіацією (+0.2 дБ) при зміні керуючого напруги.

IV. Список літератури

[1] Козирєв А. Б., Гайдуков М. М., Гагарін А. Г., Іванов А. В. та ін У кн. 11-я Міжнародна Кримська конференція “НВЧ техніка і телекомунікаційні технології”. Матеріали конференції [Севастополь, 10-14 вересня 2001 р.]. Севастополь: «Вебер», 2001, стор 478-480. ISBN 9667968-00-6.

[1] Солдатенков О. І., Іванов А. В. та ін У кн. 12-я Міжнародна Кримська конференція “НВЧ техніка і телекомунікаційні технології”. Матеріали конференції [Севастополь, 9-13 вересня 2002 р.]. Севастополь: «Вебер», 2002, стор 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.