论文部分内容阅读
微波功率薄膜负载与衰减器因其重量轻、体积小、易于集成等优点被广泛运用于微波通信系统与微波电路中。薄膜匹配负载在微波电路中接在滤波器、天线、环行器、功放等组件的终端,当这些组件出现失配时,匹配负载吸收多余的反射功率,对各组件提供保护作用。微波功率薄膜衰减器是运用在微波电路中降低输入信号而不使信号发生畸变的组件。微波功率薄膜负载与衰减器工作原理都是通过电阻性薄膜材料将功率转化为热能。本文采用TaN薄膜作为电阻性薄膜材料,首先研究了材料性能,然后设计制作了不同种类的匹配负载与衰减器。主要得出了以下几方面结论:在基片的选择以及处理方面,本文选择了导热性能良好的BeO陶瓷材料。机械抛光的BeO陶瓷材料表面平整度较差,因此本文通过在BeO陶瓷基片表面被覆玻璃釉的方法对基片表面进行平整化处理。经过平整化处理的BeO陶瓷基片表面的平整度有了显著的改善。在电阻性薄膜材料性能方面,本文采用磁控溅射的方法在被釉的BeO陶瓷基片表面制作TaN薄膜,研究不同的N2/Ar条件对薄膜性能的影响,运用XRD分析薄膜相结构发现,随着N2比例的增加,薄膜中出现了富氮相成分。对薄膜的厚度、方阻、TCR等性能的测试发现,随着N2比例的增加薄膜的厚度从444nm减小到了199nm,方阻值从8Ω/sq增加到了70Ω/sq,电阻率从355.2μΩ·cm增加到了1393μΩ·cm,并且由于富氮相的电阻稳定性较差所以随着N2比例的增加,薄膜的TCR越大。在器件的设计方面,运用HFSS与ePhysics软件进行仿真,设计了匹配负载:匹配负载1的使用频率为0-20GHz,使用功率为3W;匹配负载2的使用频率为0-3.5GHz,使用功率为30W。同时设计了两种衰减器:衰减量为9dB的衰减器,使用频率为0-6GHz,衰减量为12d B衰减器,使用频率为0-5GHz。运用ePhysics软件仿真匹配负载的热分布,仿真结果显示匹配负载加载额定功率下电阻薄膜的温度不超过125℃。器件的制作与测试方面:运用蒸发镀膜、光刻、刻蚀等工艺制作电极。运用反应磁控溅射制作电阻薄膜,运用剥落法图形化电阻薄膜,经过切片制作出器件成品。制作测试夹具,运用矢量网络分析仪测试器件的微波性能,对匹配负载加载功率,测试匹配负载电阻薄膜的温度分布。测试结果表明:匹配负载的电压驻波比均小于1.4;衰减器的电压驻波比均小于1.2;匹配负载加载功率1h内温度均小于125℃。