[pt] Diversos fatores têm atraído esforços para o
desenvolvimento de novas
estruturas para circuitos planares de microondas. Várias
propostas são encontradas
na literatura técnica, explorando diferentes formas de
miniaturização dos circuitos,
melhoria de eficiência de acoplamento, aumento de banda ou
redução de perdas.
Entre elas, encontra-se a utilização de materiais
ferroelétricos, cujas propriedades
dielétricas podem ser alteradas com a aplicação de uma
tensão elétrica, permitindo
a fabricação de uma nova classe de dispositivos ativos
compactos; contudo, esses
materiais têm desvantagens como altas perdas e dificuldades
de fabricação.
Em paralelo, a disseminação das telecomunicações ópticas
gera uma
demanda de novos componentes ópticos para os sistemas: mais
eficientes, com
maior capacidade e menor custo. A utilização de fibras
ópticas de sílica em
telecomunicações torna desejável que esses novos
componentes sejam realizados
em materiais compatíveis com a sílica, como por exemplo
alguns tipos de vidro.
A polarização eletro térmica surgiu como uma forma de
produzir dispositivos
eletro-ópticos ativos a partir de vidros utilizados como
substratos de guias de onda
ópticos passivos.
Neste trabalho, os processos de tratamento eletro-térmicos
utilizados nos
substratos ópticos são aplicados a substratos dielétricos
para uso em microondas.
São verificados os efeitos resultantes nas alterações das
propriedades dielétricas
na faixa de microondas e a aplicação potencial em
componentes e circuitos. Os
tratamentos se constituem fundamentalmente na aplicação de
alta tensão ao
substrato na presença de temperatura elevada, visando à
migração controlada de
íons no material. Os substratos estudados são a alumina,
substrato tradicional de
microondas com elevada constante dielétrica, e os vidros,
boro-silicato e
sodo-cálcico, que estão atualmente sendo utilizados como
substratos para guias
ópticos e para construção de dispositivos ópticos ativos.
É caracterizada a perda dielétrica dos vidros tratados para
utilização como
substrato para circuitos planares de microondas. O
desenvolvimento de
dispositivos ópticos ativos em substratos vítreos também
implica na fabricação de
circuitos elétricos de microondas sobre o mesmo substrato,
para alimentar esses
dispositivos com dados em altas taxas. Os vidros possuem
altas perdas dielétricas
nessa faixa devido à presença de íons alcalinos. A criação,
pelo tratamento
eletro-térmico, de uma camada de depleção de íons, próxima
à superfície abaixo
do circuito, permite a redução dessas perdas efetivas em
circuitos planares.
Outro efeito investigado é a possibilidade de se produzir
um comportamento
similar ao efeito ferroelétrico em um substrato de
microondas. A camada de
depleção criada pelo tratamento eletro-térmico provoca
alterações na estrutura e
permite a gravação de um campo elétrico estático devido ao
deslocamento de íons.
É estudada a influência desse campo dentro do material na
variação de suas
propriedades dielétricas, e a resposta à aplicação de uma
tensão de controle
externa. Estuda-se então a possibilidade de substituição
por substratos tratados
dos materiais ferroelétricos no desenvolvimento de
componentes como chaves,
acopladores e atenuadores variáveis e filtros de microondas. / [en] Several factors have been attracting research efforts to
the development of
new planar structures for microwave planar circuits.
Various proposals can be
found in the technical literature, exploring different ways
of miniaturization of
circuits, improvement of coupling efficiency, increase of
bandwidth or reduction
of losses. Among these is the use of ferroelectric
materials, whose dielectric
properties can be altered with the application of an
electrical voltage, enabling the
fabrication of a new class of compact active devices;
however, such materials
present some disadvantages, like very high losses and
difficulties in
manufacturing.
Parallel to that, the dissemination of optical
telecommunications generates a
demand for new optical components for the systems, with
greater efficiency and
capacity but lower cost. Due to the use of silica optical
fibers in
telecommunications, it is desirable that these new
components are fabricated in
materials compatible to silica, as for example some types
of glass. The
electro-thermal polarization emerged as a way of producing
active electro-optical
devices from glass substrates used for passive optical
waveguides.
In this work, the processes of electro-thermal treatment
used in optical
substrates are applied to dielectric substrates for
microwave use. The resulting
effects on the changes in dielectric properties in the
microwave frequency range
and potential application in components and circuits are
assessed. Such treatments
are constituted fundamentally by the application of high
voltage to the substrate in
the presence of high temperature, aiming at the controlled
migration of ions in the
material. The substrates considered are alumina,
conventional microwave
substrate with high dielectric constant, and glasses,
borosilicate and soda-lime,
which are currently being used as substrates for optical
waveguides and for the
construction of active optical devices.
The dielectric loss of treated glasses as substrates for
planar microwave
circuits is characterized. The development of active
optical devices in vitreous
substrates also implies the manufacture of microwave
electrical circuits on the
same substrate, in order to feed these devices with data at
high rates. Glasses have
high dielectric losses in this frequency range due to the
presence of alkali ions.
The creation by the electro-thermal treatment of an ion-
depleted layer, near the
surface below the planar circuit, enables the reduction of
the effective losses in
planar circuits.
Another investigated effect is the possibility of creating
a behavior similar
to the ferroelectric effect in the microwave substrate. The
depletion layer created
by the electro-thermal treatment causes alterations in the
structure and allows the
recording of a static electric field by the displacement of
ions. The influence of
this field within the material on the variation of its
dielectric properties, and the
response to the application of an external control voltage
are assessed. Then, the
substitution for treated substrates of ferroelectric
materials in the development of
components such as switches, variable couplers and
attenuators and microwave
filters is considered.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:12972 |
| Date | 23 January 2009 |
| Creators | RODOLFO ARAUJO DE AZEVEDO LIMA |
| Contributors | MARIA CRISTINA RIBEIRO CARVALHO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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