Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Поперечное сечение копланарной волноводной линии передачи с проводником
517 мкм высоты меди в одной плоскости волновод создан при LIGA техники. [1]

Копланарный волновод - это тип планарной электрической линии передачи, которая может быть изготовлена ​​с использованием технологии печатных плат и используется для передачи сигналов СВЧ-частоты. В меньшем масштабе копланарные волноводные линии передачи также встраиваются в монолитные микроволновые интегральные схемы .

Обычный копланарный волновод ( CPW ) состоит из единственной проводящей дорожки, напечатанной на диэлектрической подложке, вместе с парой обратных проводников, по одному с каждой стороны дорожки. Все три проводника находятся на одной стороне подложки и, следовательно, находятся в одной плоскости . Обратные проводники отделены от центральной дорожки небольшим зазором, ширина которого не меняется по длине линии. Вдали от центрального проводника возвратные проводники обычно проходят на неопределенное, но большое расстояние, так что каждый теоретически представляет собой полубесконечную плоскость.

Копланарный волновод с проводником ( CBCPW ), также известный как копланарный волновод с землей ( CPWG ), является распространенным вариантом, у которого заземленная поверхность покрывает всю заднюю поверхность подложки. [2] [3] Заземляющий слой служит третьим обратным проводником.

Копланарный волновод был изобретен в 1969 году Ченг П. Веном, в первую очередь как средство, с помощью которого невзаимные компоненты, такие как гираторы и изоляторы, могли быть включены в схемы планарной линии передачи. [4]

Электромагнитная волна, переносимая копланарным волноводом, частично существует в диэлектрической подложке и частично в воздухе над ней. В общем, диэлектрическая проницаемость подложки будет отличаться (и больше) от диэлектрической проницаемости воздуха, так что волна распространяется в неоднородной среде. Следовательно, CPW не будет поддерживать истинную волну ТЕА ; на ненулевых частотах поля E и H будут иметь продольные компоненты ( гибридная мода ). Однако эти продольные компоненты обычно невелики, и режим лучше описывать как квази-ПЭМ. [5]

Применение к невзаимным гиромагнитным устройствам [ править ]

Невзаимные гиромагнитные устройства, такие как резонансные изоляторы и дифференциальные фазовращатели [6], зависят от микроволнового сигнала, представляющего вращающееся (с круговой поляризацией) магнитное поле статически намагниченному ферритовому телу. CPW может быть спроектирован для создания именно такого вращающегося магнитного поля в двух пазах между центральным и боковым проводниками.

Диэлектрическая подложка не оказывает прямого воздействия на магнитное поле микроволнового сигнала, распространяющегося вдоль линии CPW. Для магнитного поля CPW тогда симметричен в плоскости металлизации между стороной подложки и стороной воздуха. Следовательно, токи, протекающие по параллельным путям на противоположных сторонах каждого проводника (на стороне воздуха и на стороне подложки), имеют одинаковую индуктивность, и общий ток имеет тенденцию делиться поровну между двумя сторонами.

И наоборот, подложка действительно влияет на электрическое поле, так что сторона подложки дает большую емкость через прорези, чем сторона воздуха. Электрический заряд может быстрее накапливаться или разряжаться на поверхности подложки проводников, чем на поверхности воздуха. В результате в тех точках волны, где ток меняет направление, заряд будет перетекать через края металлизации между воздушной поверхностью и поверхностью подложки. Этот вторичный ток по краям порождает продольное (параллельное линии) магнитное поле в каждой из прорезей, которое находится в квадратуре с вертикальным (перпендикулярно поверхности подложки) магнитным полем, связанным с основным током вдоль проводников. .

Если диэлектрическая проницаемость подложки намного больше единицы, то величина продольного магнитного поля приближается к величине вертикального поля, так что суммарное магнитное поле в щелях приближается к круговой поляризации. [4]

Применение в физике твердого тела [ править ]

Копланарные волноводы играют важную роль в области твердотельных квантовых вычислений , например, для связи микроволновых фотонов со сверхпроводящим кубитом. В частности, область исследований квантовой электродинамики контуров была начата с копланарных волноводных резонаторов в качестве решающих элементов, которые обеспечивают высокую напряженность поля и, следовательно, сильную связь со сверхпроводящим кубитом , ограничивая микроволновый фотон в объеме, который намного меньше, чем куб длины волны. . Для дальнейшего усиления этой связи были применены сверхпроводящие копланарные волноводные резонаторы с чрезвычайно низкими потерями. [7] [8](Добротность таких сверхпроводящих копланарных резонаторов при низких температурах может превышать 10 6 даже в пределе малой мощности. [9] ) Копланарные резонаторы также могут использоваться в качестве квантовых шин для связи нескольких кубитов друг с другом. [10] [11]

Другое применение копланарных волноводов в исследованиях твердого тела - это исследования, связанные с магнитным резонансом, например, для спектроскопии электронного спинового резонанса [12] или для магноники . [13]

Копланарный волновод резонаторы были также использованы для описания свойств материала ( с высоким Т с ) сверхпроводящим тонкими пленками. [14] [15]

См. Также [ править ]

  • Волновод (электромагнетизм)
  • Микрополоска
  • Полосковая линия
  • Постстенный волновод
  • Уравнения телеграфа
  • Через забор

Ссылки [ править ]

  1. ^ Форман, Майкл А. (2006). "Компланарный волновод и фильтр из ЛИГА с низкими потерями". 2006 Азиатско-Тихоокеанская конференция по СВЧ . С. 1905–1907. DOI : 10,1109 / APMC.2006.4429780 . ISBN 978-4-902339-08-6. S2CID  44220821 .
  2. ^ Геворгян, С. (1995). «Модели САПР для экранированных многослойных КПВ». IEEE Trans. Микроу. Теория Тех . 43 (4): 772–779. DOI : 10.1109 / 22.375223 .
  3. ^ Куанг, Кен; Ким, Франклин; Кэхилл, Шон С. (2009-12-01). Упаковка ВЧ и СВЧ микроэлектроники . Springer Science & Business Media. п. 8. ISBN 978-1-4419-0984-8.
  4. ↑ a b Wen, Cheng P. (декабрь 1969 г.). «Копланарный волновод: линия передачи с поверхностной полосой, подходящая для невзаимных гиромагнитных устройств». IEEE Trans. Микроу. Теория Тех . МТТ-17 (12): 1087–1090. DOI : 10.1109 / TMTT.1969.1127105 .
  5. ^ Rainee Н. Simons, Coplanar волноводных трактов, компоненты и системы , стр. 1-2, М., 2004 ISBN 9780471463931 . 
  6. ^ Вэнь, CP (1969-05-01). «Копланарный волновод, линия передачи с поверхностной полосой, подходящая для невзаимных гиромагнитных устройств» . 1969 Международный симпозиум G-MTT по микроволновому излучению : 110–115. DOI : 10.1109 / GMTT.1969.1122668 .
  7. ^ Л. Фрунцио; и другие. (2005). «Изготовление и характеристика устройств QED со сверхпроводящей схемой для квантовых вычислений». IEEE Transactions по прикладной сверхпроводимости . 15 (2): 860–863. arXiv : cond-mat / 0411708 . Bibcode : 2005ITAS ... 15..860F . DOI : 10,1109 / TASC.2005.850084 . S2CID 12789596 . 
  8. ^ М. Göppl; и другие. (2008). "Копланарные волноводные резонаторы для схемной квантовой электродинамики". Журнал прикладной физики . 104 (11): 113904–113904–8. arXiv : 0807.4094 . Bibcode : 2008JAP ... 104k3904G . DOI : 10.1063 / 1.3010859 . S2CID 56398614 . 
  9. ^ А. Мегрант; и другие. (2012). «Плоские сверхпроводящие резонаторы с внутренней добротностью более миллиона». Appl. Phys. Lett . 100 (11): 113510. arXiv : 1201.3384 . Bibcode : 2012ApPhL.100k3510M . DOI : 10.1063 / 1.3693409 . S2CID 28103858 . 
  10. ^ MA Силланпяя; JI Park; Р. У. Симмондс (27 сентября 2007 г.). «Когерентное хранение квантовых состояний и передача между двумя фазовыми кубитами через резонатор». Природа . 449 (7161): 438–42. arXiv : 0709.2341 . Bibcode : 2007Natur.449..438S . DOI : 10,1038 / природа06124 . PMID 17898762 . S2CID 4357331 .  
  11. ^ Дж. Майер; Дж. М. Чоу; Дж. М. Гамбетта; Дж. Кох; Б. Р. Джонсон; JA Schreier; Л. Фрунцио; Д.И. Шустер; А.А. Хаук; А. Валлрафф; А. Блейс; М. Х. Деворет; С.М. Гирвин; RJ Schoelkopf (2007-09-27). «Связь сверхпроводящих кубитов через шину резонатора». Природа . 449 (7161): 443–447. arXiv : 0709.2135 . Bibcode : 2007Natur.449..443M . DOI : 10,1038 / природа06184 . PMID 17898763 . S2CID 8467224 .  
  12. ^ Y. Wiemann; и другие. (2015). «Наблюдение электронного спинового резонанса между 0,1 и 67 ГГц при температурах от 50 мК до 300 К с использованием широкополосных металлических копланарных волноводов». Appl. Phys. Lett . 106 (19): 193505. arXiv : 1505.06105 . Bibcode : 2015ApPhL.106s3505W . DOI : 10.1063 / 1.4921231 . S2CID 118320220 . 
  13. ↑ Кругляк, В.В.; Демокритов С.О. Grundler, D (7 июля 2010 г.). «Магноника». Журнал физики D: Прикладная физика . 43 (26): 264001. Bibcode : 2010JPhD ... 43z4001K . DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 43/26/264001 .
  14. ^ W. Rauch; и другие. (2015). "Микроволновые свойства тонких пленок YBa2Cu3O7 − x исследованы с помощью компланарных резонаторов линий передачи". J. Appl. Phys . 73 (4): 1866–1872. arXiv : 1505.06105 . Bibcode : 1993JAP .... 73.1866R . DOI : 10.1063 / 1.353173 .
  15. ^ А. Порч; М.Дж. Ланкастер; Р.Г. Хамфрис (1995). «Метод компланарного резонатора для определения поверхностного импеданса тонких пленок YBa2Cu3O7-дельта». IEEE Transactions по теории и методам микроволнового излучения . 43 (2): 306–314. Bibcode : 1995ITMTT..43..306P . DOI : 10.1109 / 22.348089 .