一种介电-压电复合薄膜移相器的制造方法
【专利摘要】本发明属于微波工程【技术领域】，具体的说是涉及一种介电-压电复合薄膜移相器,它包括介质基底、条形驱动电极、压电薄膜、介电薄膜以及叉指式共面波导传输线，所述条形驱动电极设在介质基底上，压电薄膜沉积在条形驱动电极上，介电薄膜沉积于压电薄膜上，叉指式共面波导传输线沉积在介电薄膜上。该移相器通过压电薄膜的逆压电效应控制介电薄膜的尺寸，从而达到移相的目的。通过介电压电薄膜的复合，可降低移相器在微波段的损耗，并具有工艺简单，尺寸小，损耗小，驱动电压小，性能稳定等优点。
【专利说明】—种介电-压电复合薄膜移相器
【技术领域】
[0001]本发明属于微波工程【技术领域】，具体的说是涉及一种介电-压电复合薄膜移相器。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术的发展，可利用的各频段的资源越来越紧张，各种无线通信系统所能使用的频率段越来越窄，这就对无线通信技术提出更高的要求，因此高测量精度、高分辨能力、高观测能力的相控阵雷达成为研究的热点。而移相器是相控阵雷达发展的重要基础，采用微波波段的移相器可以满足这些要求，毫米波在物理上的优点是波长较短，工作频带宽，对目标跟踪、鉴别的分辨率、精度高、频带宽、信号传输率大。因此毫米波移相器在航空航天上有十分重要的应用前景，与此同时也要求研制出与之相匹配的高性能移相器。
[0003]常用的移相器主要有PIN 二极管移相器，铁氧体移相器和铁电体移相器。PIN 二极管移相器通过在正偏和反偏时的两种不同开关状态，使一段传输线接通或断开来实现移相，容易采用数字信号控制，工作速度快，但功耗大，尤其是在微波频段功率容量比较小；铁氧体移相器主要通过外加磁场来改变波导内铁氧体的磁导率，从而改变电磁波的相速得到不同的相移量，具有较大的功率容量，插入损耗比较小，移相度也可做到很大，但是由于需要励磁线圈来提供驱动电流，所以体积很庞大，响应速度比较慢；铁电移相器通过改变铁电材料的介电常数，从而达到移向的目的，具体表现为移相器的相位差错误！未找到引用源。，它具有扫描速度快，体积小重量轻等优点，但铁电材料在介电调谐区间有限且微波损耗较大，铁电薄膜应用于介质谐振器时要求损耗应低于ldB，也就是说铁电薄膜在1GHz时介电损耗应低于0.005，很显然，现有的铁电薄膜达不到此要求；工作场强高，无法满足通讯技术发展的材料需求。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种介电-压电复合薄膜移相器，其通过压电薄膜的逆压电作用控制介电薄膜的尺寸，从而达到移相的目的，可在较低的驱动电压下实现强移相。
[0005]为实现该发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种介电-压电复合薄膜移相器，它包括介质基底、条形驱动电极、压电薄膜、介电薄膜以及叉指式共面波导传输线，所述条形驱动电极设在介质基底上，压电薄膜沉积在条形驱动电极上，介电薄膜沉积于压电薄膜上，叉指式共面波导传输线沉积在介电薄膜上。
[0007]进一步的，所述移相器是通过条形驱动电极给压电薄膜施加电压，利用逆压电效应来改变介电薄膜的尺寸，从而达到移相的目的。
[0008]进一步的，所述介电薄膜的厚度在10_300nm之间。
[0009]进一步的，所述压电薄膜的厚度在0.1_2μπι之间。
[0010]进一步的，所述的条形驱动电极由相互平行、间距恒定的多个金属条带电极组成，每相邻的两个金属条带电极组成一对驱动电极。
[0011]进一步的，所述条形驱动电极可采用掩膜磁控溅射的方法制备，材料为金或钼。
[0012]进一步的，所述条形驱动电极中每个金属条带电极的尺寸为1(宽)X6(长)mm，相邻两个金属条带电极之间的间距为200-1500 μ m。
[0013]进一步的,所述条形驱动电极中每个金属条带电极的厚度为0.1-2 μ m。
[0014]进一步的，所述叉指式共面波导传输线由两条地线和一条信号线组成，信号线位于两条地线之间，并且距离两条地线的距离相等，信号线与地线之间分布一定数量的叉指，叉指间距为20-50 μ m,叉指长度在300-1000 μ m。
[0015]进一步的，所述的叉指式共面波导传输线可采用光刻工艺或掩膜磁控溅射的方法溅射在介电薄膜上，材料为金或钼。
[0016]进一步的，所述介质基底为硅、氧化镁、钛酸锶中的一种。
[0017]上述介电-压电复合薄膜移相器的制备方法，步骤如下:
[0018]步骤1:在介质基底的表面覆盖一个掩膜版，以遮挡样品表面不需要生长条形驱动电极的部分；
[0019]步骤2:采用磁控溅射的方法在介质基底上生长金属条带电极作为条形驱动电极；
[0020]步骤3:在步骤2得到的样品上依次沉积不同厚度的PZT薄膜(压电薄膜)和BMT薄膜(介电薄膜)。
[0021]步骤4:在步骤3得到的样品上覆盖一个掩膜版，以遮挡样品表面不需要生长叉指式共面波导传输线的部分，然后采用磁控溅射的方法在样品表面生长金属条带形成叉指式共面波导传输线；或者采用光刻工艺在样品表面上制作叉指式共面波导传输线。
[0022]进一步地,所述步骤(3)中可采用Sol-Gel法或Pechini或水溶液法等液相方法沉积PZT薄膜(压电薄膜)和BMT薄膜(介电薄膜)。
[0023]本发明的工作原理:通过条形驱动电极在压电薄膜上施加电压，由于逆压电效应，带动介电薄膜的振动，尺寸发生改变，使微波信号在介电薄膜上传播的相位发生改变，从而达到移相的目的。
[0024]与现有铁电移相器相比，本发明具备如下优点:
[0025]1.通过介电压电薄膜的复合，降低了移相器在微波段的损耗，工艺简单，尺寸小，驱动电压小，性能稳定等优点。
[0026]2.本发明采用介电薄膜与压电薄膜复合制备移相器，主要利用压电薄膜的逆压电效应来改变介电薄膜的尺寸，而介电薄膜在微波段的损耗很低，两种薄膜的复合，既能达到移相的目的，又能降低损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明介电-压电复合薄膜移相器的结构示意图。
[0028]图2是本发明条形驱动电极结构示意图。
[0029]图3是本发明叉指式共面波导传输线。
[0030]附图中标记:介质基底I ;条形驱动电极2 ;压电薄膜3 ;介电薄膜4 ;叉指式共面波导传输线5。
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图对本发明作详细说明。
[0032]移相器的作用是将信号的相位移动一个角度。其工作原理根据不同的构成而存在差异。如晶体管电路，可在输入端加入一个控制信号来控制移相大小；在有些电路中则利用阻容电路的延时达到移相；在单片机控制系统还可利用内部定时器达到移相的目的。
[0033]参照附图1，本发明的介电-压电复合薄膜移相器，它包括介质基底1、条形驱动电极2、压电薄膜3、介电薄膜4以及叉指式共面波导传输线5，条形驱动电极2设在介质基底I上，压电薄膜3沉积在条形驱动电极2上，介电薄膜4沉积在压电薄膜3之上，叉指式共面波导传输线5沉积在介电薄膜4上。这5个部分构成了压电-介电薄膜移相器，所述移相器是通过条形驱动电极给给压电薄膜3施压，利用压电薄膜的逆压电效应来改变介电薄膜4的尺寸，从而达到移相的目的，所述的介电薄膜4的厚度在10-300nm之间，所述压电薄膜3的厚度在0.1-2μπι之间。所述的条形驱动电极如图2所示，由相互平行、间距恒定的4个金属条带电极组成，每相邻的两个金属条带电极组成一对驱动电极。其可采用掩膜磁控溅射的方法制备，材料为金或钼。条形驱动电极中每个金属条带电极的尺寸为1(宽)X 6mm(长)，厚度为0.1-2 μ m，相邻两个金属条带电极之间的间距为200-1500 μ m。所述的叉指式共面波导传输线如图3所示，由两条地线和一条信号线组成，信号线位于两条地线之间，并且距离两条地线的距离相等，信号线与地线之间分布一定数量的叉指，叉指间距为20-50 μ m,叉指长度在300-1000 μ m。所述的叉指式共面波导传输线可采用光刻工艺或掩膜磁控溅射的方法制备，材料为金或钼。其结构参数及周期数可根据不同的要求设计得出。
[0034]所述的介质基底I为硅、氧化镁、钛酸锶中的一种。
[0035]移相器的相移量可以通过调整驱动电压及叉指式共平面波导传输线和驱动电极的结构参数来实现。
[0036]介电-压电复合薄膜移相器的制备方法:
[0037]步骤1:在介质基底的表面覆盖一个掩膜版，以遮挡样品表面不需要生长条形驱动电极的部分；
[0038]步骤2:采用磁控溅射的方法在介质基底上生长金属条带电极作为条形驱动电极；
[0039]步骤3:采用Sol-Gel法或Pechini或水溶液法等液相方法在步骤2得到的样品上依次沉积不同厚度的PZT薄膜(压电薄膜)和BMT薄膜(介电薄膜)。
[0040]步骤4:在步骤3得到的样品上覆盖一个掩膜版，以遮挡样品表面不需要生长叉指式共面波导传输线的部分，然后采用磁控溅射的方法在样品表面生长金属条带形成叉指式共面波导传输线，或者采用光刻工艺在样品表面上制作叉指式共面波导传输线。
[0041]以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种介电-压电复合薄膜移相器，其特征在于:它包括介质基底、条形驱动电极、压电薄膜、介电薄膜以及叉指式共面波导传输线，所述条形驱动电极设在介质基底上，压电薄膜沉积在条形驱动电极上，介电薄膜沉积于压电薄膜上，叉指式共面波导传输线沉积在介电薄膜上。
2.根据权利要求1所述的介电-压电复合薄膜移相器，其特征在于:所述移相器是通过条形驱动电极给压电薄膜施加电压，利用逆压电效应来改变介电薄膜的尺寸，从而达到移相的目的。
3.根据权利要求1所述的介电-压电复合薄膜移相器，其特征在于:所述介电薄膜的厚度在10-300nm之间。
4.根据权利要求1所述的介电-压电复合薄膜移相器，其特征在于:所述压电薄膜的厚度在0.1-2 μ m之间。
5.根据权利要求1所述的介电-压电复合薄膜移相器，其特征在于:所述的条形驱动电极由相互平行、间距恒定的多个金属条带电极组成，每相邻的两个金属条带电极组成一对驱动电极。
6.根据权利要求5所述的介电-压电复合薄膜移相器，其特征在于:所述条形驱动电极中每个金属条带电极的尺寸为I (宽)X6 (长)_，相邻两个金属条带电极之间的间距为200-1500 μ m，所述条形驱动电极中每个金属条带电极的厚度为0.1_2 μ m。
7.根据权利要求1所述的介电-压电复合薄膜移相器，其特征在于:所述叉指式共面波导传输线由两条地线和一条信号线组成，信号线位于两条地线之间，并且距离两条地线的距离相等，信号线与地线之间分布一定数量的叉指，叉指间距为20-50 μ m，叉指长度在300-1000 μ mD
8.根据权利要求1所述的介电-压电复合薄膜移相器，其特征在于:所述条形驱动电极可采用掩膜磁控溅射的方法制备，材料为金或钼；所述的叉指式共面波导传输线可采用光刻工艺或掩膜磁控溅射的方法溅射在介电薄膜上，材料为金或钼。
9.根据权利要求1所述的介电-压电复合薄膜移相器，其特征在于:所述介质基底为娃、氧化镁、钛酸银中的一种。
10.权利要求1所述的介电-压电复合薄膜移相器的制备方法，其特征在于:步骤如下: 步骤1:在介质基底的表面覆盖一个掩膜版，以遮挡样品表面不需要生长条形驱动电极的部分； 步骤2:采用磁控溅射的方法在介质基底上生长金属条带电极作为条形驱动电极； 步骤3:在步骤2得到的样品上依次沉积不同厚度的PZT薄膜和BMT薄膜； 步骤4:在步骤3得到的样品上覆盖一个掩膜版，以遮挡样品表面不需要生长叉指式共面波导传输线的部分，然后采用磁控溅射的方法在样品表面生长金属条带得到叉指式共面波导传输线；或者采用光刻工艺在样品表面上制作叉指式共面波导传输线。
【文档编号】H01P1/18GK104078725SQ201410324263
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】周静, 吴智, 陈文 , 沈杰, 胡麟, 吕纯 申请人:武汉理工大学