8/13/2019 Us 6759918

1/14

( 1 2 )U n i t e d S t a t e s P a t e n td u T o i t e t a l .

US006759918B2

( 1 0 )P a t e n t N 0 . :( 4 5 )D a t e o f P a t e n t :

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B2J u l .6 , 2 0 0 4

( 5 4 )

( 7 5 )

( 7 3 )

( * )

( 2 1 )

( 2 2 )

( 6 5 )

( 6 2 )

( 6 0 )

( 5 1 )( 5 2 )( 5 8 )

( 5 6 )

EP

TUNABLE MICROWAVE DEVICES WITHAUTO-ADJUSTING MATCHING CIRCUIT

I n v e n t o r s : C o r n e l i s F r e d e r i k d u To i t , E l l i c o t tC i t y ,MD U S ) ; D e i r d r eA . R y a n ,P o q u o s o n ,VA( U S )

A s s i g n e e :P a r a t e k M i c r o w a v e ,I n c . ,C o l u m b i a ,MD U S )

N o t i c e : S u b j e c tt o a n y d i s c l a i m e r , t h e t e r m o f t h i sp a t e n t i s e x t e n d e d o r a d j u s t e d u n d e r 3 5U . S . C . 1 5 4 ( b )b y 0 d a y s .

A p p l . N o . :1 0 / 4 5 6 , 6 8 3

F i l e d : J u n . 6 , 2 0 0 3

P r i o r P u b l i c a t i o n D a t a

U S 2003/0210105 A1 N o v . 1 3 , 2003

R e l a t e d US. A p p l i c a t i o nD a t a

D i v i s i o n o f a p p l i c a t i o n N o . 0 9 / 9 0 9 , 1 8 7 ,? l e d o n J u l . 1 9 ,2 0 0 1 , n o w P a t . N o . 6 , 5 9 0 , 4 6 8 .P r o v i s i o n a l a p p l i c a t i o n N o . 6 0 / 2 1 9 , 5 0 0 , ? l e do n J u l . 2 0 ,2 0 0 0 .

Int. Cl.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . H03H 1 / 3 0

. . . . . . 333/17.3; 333/33

Fie ld o f S e a r c h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 333/17 .3 33 34

3 3 3 / 2 3 8 , 2 4 6

R e f e r e n c e s C i t e d

U . S . PATENT DOCUMENTS

3 9 9 0 0 2 4 A * 11 / 1 9 7 6 Hou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 / 3 3

5 , 0 3 2 , 8 0 5 A 7 / 1 9 9 1 Elmer e t a l .

( L i s tc o n t i n u e do n n e X t p a g e . )

FOREIGN PATENT DOCUMENTS

OTHER PUBLICATIONS

U S . p a t e n t a p p l i c a t i o nS e r .N o . 0 9 / 5 9 4 , 8 3 7 , C h i u , ? l e dJ u n .

1 5 ,2 0 0 0 .

( L i s tc o n t i n u e do n n e X t p a g e . )

P r i m a r yE x a m i n e r J a m e s H . Cho( 7 4 ) A t t o r n e y ,A g e n t , o rFirmRober t P . L e n a r t ; J a m e sS .F i n n ; W i l l i a mJ . T u c k e r

( 5 7 ) ABSTRACT

A n i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i ti n c l u d e s a c o n d u c t o rl i n eh a v i n ga n i n p u t p o r t a n d a n o u t p u tp o r t ,a g r o u n dc o n d u c t o r ,a t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l p o s i t i o n e d b e t We e n a ? r s ts e c t i o n o f t h e c o n d u c t o rl i n e a n d t h e g r o u n d c o n d u c t o r , an o n - t u n a b l ed i e l e c t r i c m a t e r i a l p o s i t i o n e dbe tWeen a s e c o n ds e c t i o n o f t h e c o n d u c t o rl i n ea n d t h e g r o u n dc o n d u c t o r , a n dm e a n s f o r a p p l y i n ga DC o l t a g e be tWeen t h e c o n d u c t o rl i n ea n d t h eg r o u n dc o n d u c t o r .T h e i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i tm a y a l t e r n a t i v e l y i n c l u d e a ? r s t p l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r ,as e c o n dp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r ,a s t r i pc o n d u c t o r h a v i n ga ni n p u t p o r t a n d a n o u t p u t p o r t ,a n d p o s i t i o n e d b e t W e e nt h e? r s t a n d s e c o n dp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r st o d e ? n e ? r s t a n ds e c o n dg a p s , t h e ? r s tg a p b e i n g p o s i t i o n e db e t W e e nt h es t r i pc o n d u c t o r a n d t h e ? r s t p l a n a r g r o u n d c o n d u c t o r a n d t h es e c o n d g a pb e i n gp o s i t i o n e db e t W e e nt h es t r i pc o n d u c t o ra n dt h es e c o n dp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r .A o n - t u n a b l ed i e l e ct r i c m a t e r i a l s u p p o r t s t h e ? r s ta n d s e c o n d p l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r sa n d t h e s t r i p c o n d u c t o r i n t h e s a m e p l a n e . Ac o n n e c t i o ni s p r o v i d e d f o r a p p l y i n g a DC o l t a g e b e t W e e nt h e s t r i pc o n d u c t o ra n d t h e ? r s ta n d s e c o n dp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r s .A l u r a l i t yo f t u n a b l e d i e l e c t r i cl a y e r s e c t i o n sa r e p o s i t i o n e d b e t W e e nt h e s t r i pc o n d u c t o ra n d t h e ? r s t a n ds e c o n d p l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r ss o a s t o b r i d g e t h e g a p sb e t W e e nt h e s a i d ? r s ta n d s e c o n dp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r sa n d t h e s t r i pc o n d u c t o ra t a p l u r a l i t yo f l o c a t i o n s ,l e a v i n gn o n - b r i d g e ds e c t i o n s i n b e t We e n , d e ? n i n g a p l u r a l i t yo fa l t e r n a t i n gb r i d g e da n d n o n - b r i d g e dc o - p l a n a rWa v e g u i d es e c t i o n s .

0909024 A2 4 / 1 9 9 91 0 2 0 9 7 2 2 8 / 1 9 9 8 1 7 C l a i m s ,5 Drawing S h e e t s

1 3I 1 9 4

1 7 2 w W

I f - . _ ; _ 2 Z 6 2 , ? 22 2 8 a

200a. ( 404196A fga

ZMQTQTLJ C m2 1 8 l

202 \

13

2 0 42 0 2 2 1 0 B 2x I W i f ;8 8 r 2 0 0

Ill/l1/1// ////////////4

/////r/////// 2 0 6

2 2 2

8/13/2019 Us 6759918

2/14

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B2P a g e 2

5 , 2 1 2 , 4 6 35 , 3 0 7 , 0 3 3

5 , 3 3 4 , 9 5 85 , 4 0 9 , 8 8 95 , 4 2 7 , 9 8 85 , 4 3 0 , 4 1 75 , 4 5 1 , 5 6 75 , 4 5 1 , 9 1 45 , 4 7 9 , 1 3 95 , 4 9 6 , 7 9 55 , 5 6 1 , 4 0 75 , 6 3 5 , 4 3 35 , 6 3 5 , 4 3 45 , 6 7 9 , 6 2 45 , 6 8 9 , 2 1 95 , 6 9 3 , 4 2 95 , 6 9 4 , 1 3 45 , 7 6 6 , 6 9 75 , 8 3 0 , 5 9 15 , 8 4 6 , 8 9 3

U . S . PATENT DOCUMENTS

5 / 1 9 9 34 / 1 9 9 48 / 1 9 9 44 / 1 9 9 56 / 1 9 9 57 / 1 9 9 59 / 1 9 9 59 / 1 9 9 5

1 2 / 1 9 9 53 / 1 9 9 6

1 0 / 1 9 9 66 / 1 9 9 76 / 1 9 9 7

1 0 / 1 9 9 71 1 / 1 9 9 71 2 / 1 9 9 71 2 / 1 9 9 7

6 / 1 9 9 81 1 / 1 9 9 81 2 / 1 9 9 8

B a b b i t t e t a l .Kosc ica e t a l .B a b b i t t e t a l .D a sS e n g u p t ae t a l .Martin e t a l .D a sStengel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333/25

Kosc ica e t a l .D a sKosc ica e t a l .S e n g u p t aS e n g u p t aD a sP i i r a i n e n

S e n g u p t ae t a l .Barnes

S e n g u p t ae t a l .S e n g u p t ae t a l .S e n g u p t ae t a l .

6 , 0 2 9 , 0 7 5 A6 , 0 7 4 , 9 7 1 A

2 / 2 0 0 0 D a s6 / 2 0 0 0 Chiu e t a l .

OTHER PUBLICATIONS

US. p a t e n t a p p l i c a t i o nS e r .N o . 0 9 / 7 6 8 , 6 9 0 ,S e n g u p t ae t a l . ,? l e d J a n . 2 4 , 2 0 0 1 .

US. p a t e n t a p p l i c a t i o nS e r .N o . 0 9 / 8 8 2 , 6 0 5 ,S e n g u p t a ,? l e dJ u n . 1 5 ,2 0 0 1 .U S . p a t e n t a p p l i c a t i o nS e r .N o . 6 0 / 2 9 5 , 0 4 6 ,C h i ue t a l . ,? l e dJ u n . 1 , 2 0 0 1 .

K . K a Z u h i s , H y b r i dI n t e g r a t e d C i r c u i t D e v i c e , P a t e n tA b s t r a c t so f J a p a n , v o l .0 1 6 , N o . 0 9 7 ( E 1 1 7 6 ) ,M a r . 1 0 ,1 9 9 2& P 0 3 2 7 6 9 0 1A ( M i t s u b i s h iE l e c t r i cC o r p . ) , D e c . 9 ,1 9 9 1 .

N . E i j i , H i g h F r e q u e n c yC i r c u i ta n d I t s M a n u f a c t u r e , P a t e nt A b s t r a c t s o f J a p a n ,v o l .1 9 9 8 , N o . 1 3 ,N o v . 3 0 , 1 9 9 8& P 1 0 2 0 9 7 2 2A S e i k o E p s o nC o r p . ) ,A u g . 7 , 1 9 9 8 .

* c i t e d b y e X a r n i n e r

8/13/2019 Us 6759918

3/14

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B2.S . P a t e n t J u l .6 , 2 0 0 4 S h e e t 1 o f 5

3H 21 0 K _ [ | |I

16 32\k2 0

K \ J , Kt

3 I L__22* a

\ AY Y i1 k 3 6 3 8

2 6 2

2 5

v

//////////////////////////////.(///////////////4V//////////////////////////////,

///////////////4////////////////V///////////////;

[28

v30FIG 2

1 8 4 212x

22x

2 4 - v

\

>///////////////////V///////////////////(//////////// ///////'//////////////////////////////////////'////////////l//////

///////////////////

//////////

/////

////////////////////

LF I G . 3

8/13/2019 Us 6759918

4/14

U . S . P a t e n t J u l .6 , 2 0 0 4 S h e e t 2 0f5 U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B2

5

7 0 % }54 u\ | |

6

F I G . 4

FIG 5

6 6

V////////////////

f / / / / / / / / / 6 2 / / / ///////// , , // // ,

/////// /// /// 1Y////// //////,////////// //////1

(///////////////4////////////////4//////////////

I64

r68

I {6558\-l-\,\\\\\\\\\\\\\\\\\

P///////////////////rrr,r//////////////////// ////

////52'////////,' I///////V//// .4/////////54// //////// /// //////)/// //////

4 6 \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\\&~'- 8/ / /I]/ / / l/ /II/II/I l/ I/

/////////////////// ////

5 6 N / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / * _ , _ 6 4////////////////////////////////////////////

F I G . 668

K 5 0

8/13/2019 Us 6759918

5/14

8/13/2019 Us 6759918

6/14

U . S . P a t e n t J u l .6 , 2 0 0 4 S h e e t 4 0 f 5 US 6 , 7 5 9 , 9 1 8B 2

_ _ _ _ _ _ _ 1 y r 1 8 0

1 6 6 1 9 0 )

192\/

17 4

\ \ \ \1\\\\\\\\\\(

/////////////////////////////////r/////////////////////////////

///l/////////////////////////////

JL/ll/JjJ/[Ij/Ill/ll/jl/l[\l/l/

F I G . 1 7

8/13/2019 Us 6759918

7/14

U . S . P a t e n t J u l .6 , 2 0 0 4 S h e e t 5 0 f 5 US , 7 5 9 , 9 1 8B 2

1 3

1 9 4- > ~1 7 2 \ I2 0 0r

2 0 0

2 0 6ll

////

11/1

/////////////d////////////l/// I/// /// ///

2 2 2

F I G . 13

2 3 23 4

TUNABLEDEVICE

MATCHINGNETWORK

MICROWAVESOURCE/LOAD

F I G . -1 4

8/13/2019 Us 6759918

8/14

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B21

TUNABLE MICROWAVE DEVICES WITHAUTO-ADJUSTING MATCHING CIRCUIT

CROSS REFERENCE TO RELATEDAPPLICATION

T h i s a p p l i c a t i o n i s a d i v i s i o n a l a p p l i c a t i o no f U S . p a t e n ta p p l i c a t i o nS e r .N o . 0 9 / 9 0 9 , 1 8 7 ,? l e d J u l .1 9 , 2001 n o w U S .P a t .N o . 6 , 5 9 0 , 4 6 8 ,Which c l a i m s t h e b e n e ? t o f U S . P r o v is i o n a lA p p l i c a t i o n 6 0 / 2 1 9 , 5 0 0 ,? l e d J u l .2 0 ,2 0 0 0 .

F I E L D OF THE INVENTION

The i n v e n t i o n r e l a t e s t o t h e ? e l d o f t u n a b l e microwaved e v i c e s . More s p e c i ? c a l l y , t h e i n v e n t i o n r e l a t e st o i m p e da n c e matching c i r c u i t s t h a t u t i l i Z e a b i a s v o l t a g e t o a l t e rt h ep e r m i t t i v i t y o f a t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l .

BACKGROUND OF THE INVENTION

MicroWave d e v i c e s t y p i c a l l y i n c l u d e a p l u r a l i t y o f c o mp o n e n t s t h a tm a y h a v e d i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i ci m p e d a n c e s .I n o r d e r t o p r o p a g a t e t h e m i c r o W a v es i g n a l t h r o u g h t h ed e v i c e W i t h m i n i m a ll o s s , t h e i m p e d a n c e so f t h e v a r i o u scomponen t s a r e matched t o t h e c h a r a c t e r i s t i c impedance o ft h ei n p u ta n d o u t p u ts i g n a l .By r a n s i t i o n i n g t h ei m p e d a n c e ss o t h a t a n i n p u t t r a n s m i s s i o nl i n e i s m a t c h e d ,m o s t o f t h ea v a i l a b l e poWer from t h e i n p u t i s d e l i v e r e d t o t h e d e v i c e .H i s t o r i c a l l y ,i m p e d a n c em a t c h i n gt e c h n i q u e sh a v e t r e a t e dt h e m a t c h i n go f c o m p o n e n t sW i t h c o n s t a n t c h a r a c t e r i s t i cimpedances t o a c o n s t a n t c h a r a c t e r i s t i c impedance o f t h ei n p u t l i n e ,eg o 5 0 Q . M u l t i - s t a g em a t c h i n gc i r c u i t sh a v eb e e n u t i l i Z e d t o o b t a i n m i n i m a l r e ? e c t i o n l o s s o v e r a s p e c i? e d f r e q u e n c yr a n g e o f o p e r a t i o n o f a d e v i c e . Numeroust e c h n i q u e s , such a s t h e u s e o f r a d i a l s t u b s , q u a r t e r Wa v et r a n s f o r m e r s ,a n d m u l t i - s t a g em a t c h i n gc i r c u i t sW i t hs p e c i ? cd i s t r i b u t i o n s , s u c h a s Binomia l o r T c h e b y c h e f ,e t c . , h a v eb e e nd e v e l o p e di n o r d e r t o a c h i e v em a X i m u mpoWer t r a n s f e rf r o m t h e i n p u t t o t h e d e v i c e .

H o W e v e r ,t h e c h a r a c t e r i s t i ci m p e d a n c eo f t h e t u n a b l ec o m p o n e n t s i n t u n a b l e m i c r o Wa v e d e v i c e s i s n o t a c o n s t a n tv a l u e . The c h a r a c t e r i s t i c i m p e d a n c eo f t h e t u n a b l e c o m p on e n t v a r i e s o v e r t h e o p e r a t i ng r a n g e o ft h e d e v i c e f rom am i n i m u m t o a m a X i m u m i m p e d a n c e v a l u e . I n t u n a b l ed i e l e c t r i cd e v i c e s , a b i a s v o l t a g e a p p l i e dt o t u n a b l e d i e l e c t r i cm a t e r i a l p r o v i d e s t h e a b i l i t yt o a l t e rt h e d i e l e c t r i cc o n s t a n t .The c h a n g ei n t h e d i e l e c t r i c c o n s t a n t p r o v i d e sa v a r i a t i o n i nt h e e l e c t r i c a lp a t h l e n g t h o f a m i c r o W a v es i g n a l .As t h ee l e c t r i c a l p r o p e r t i e s o f t h e t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l a r ev a r i e d , t h e c h a r a c t e r i s t i ci m p e d a n c ei s a l s oa f f e c t e d .

I n p r a c t i c e , as i n g l e c h a r a c t e r i s t i ci m p e d a n c eW i t h i n t h et u n a b l e c o m p o n e n t sm i n i m u m / m a x i m u mi m p e d a n c er a n g ei s s e l e c t e d .T h i s s i n g l ei m p e d a n c ev a l u e i s m a t c h e du s i n go n e o f t h e s t a t eo f t h e a r t i m p e d a n c em a t c h i n gt e c h n i q u e s .HoWever a s t h e t u n a b l e microWave d e v i c e i s o p e r a t e d , t h ei m p e d a n c eo f t h e t u n a b l e component v a r i e s f r o m t h em a t c h e d i m p e d a n c ea n d a d e g r a d a t i o n i n t h e i m p e d a n c em a t c h occurs.

P r i o r t u n a b l e d i e l e c t r i c microWave t r a n s m i s s i o n l i n e sh a v eu t i l i Z e d t u n i n g s t u b sa n d q u a r t e r Wa v e m a t c h i n gt r a n sf o r m e r st o t r a n s i t i o nt h e i m p e d a n c e b e t W e e nt h e i n p u t a n do u t p u t . The t e c h n i q u ei s b e s t f o rm a t c h i n ga ? X e di m p e d a n c em i s m a t c h .U S . P a t .N o . 5 , 4 7 9 , 1 3 9 by K o s c i c a e t a l . d i sc l o s e s q u a r t e rWa v e l e n g t ht r a n s f o r m e r s u s i n g n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cm a t e r i a l f o r t h e p u r p o s eo f i m p e d a n c em a t c h i n gt oa f e r r o e l e c t r i c p h a s e s h i f t e rd e v i c e . S i m i l a r i m p e d a n c em a t c h i n gc o n ? g u r a t i o n s u s i n g n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cs u bs t r a t e o f background i n t e r e s t a r e s h o W n i n U S . P a t . No.

10

1 5

20

25

3 0

35

4 0

45

50

55

60

6 5

25 , 5 6 1 , 4 0 7 , U S . P a t . N o . 5 , 3 3 4 , 9 5 8 , a n d U S . P a t . N o .5 , 2 1 2 , 4 6 3 .T h e d i s a d v a n t a g e o ft h e a b o v e t e c h n i q u ei s t h a tt h ei m p e d a n c em a t c hi s o p t i m a la t o n e s e l e c t i v et u n i n g p o i n to f t h e d e v i c e a n d d e g r a d e sa s t h e d e v i c e i s t u n e d t h r o u g hi t sr a n g e . H e n c e , t h e r e ? e c t i o n l o s s d u e t o i m p e d a n c e m a t c hi n c r e a s e s W h e n t h e d e v i c e i s t u n e d a Wa y f rom t h e matchedp o i n t .

A n o t h e r i m p e d a n c em a t c h i n g a p p r o a c hf o r t u n a b l ed e v i c e s i s p r e s e n t e d i n U S . P a t .N o . 5 , 3 0 7 , 0 3 3g r a n t e d t oKoscica e t a l . T h a t p a t e n t d i s c l o s e s t h e u s e o f s p a c i n g o f ah a l f W a v e l e n g t hb e t W e e ne l e m e n t so r m a t c h i n g n e t W o r ksf o rt h ep u r p o s eo f i m p e d a n c em a t c h i n g .

S t i l la n o t h e r a p p r o a c hu t i l i Z e sq u a r t e r W a v e l e n g t ht r a n sformers o n t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l a s d i s c l o s e d i n US.P a t .N o . 5 , 0 3 2 , 8 0 5 ,g r a n t e d t o E l m e re t a l . O t h e r i m p e d a n c em a t c h i n gc o n ? g u r a t i o n sa r e shoWn i n U S . P a t .N o s . 6 , 0 2 9 ,0 7 5 ; 5 , 6 7 9 , 6 2 4 ; 5 , 4 9 6 , 7 9 5 ;a n d 5 , 4 5 1 , 5 6 7 . S i n c e i t i s a l s od e s i r a b l e t o r e d u c e t h e i n s e r t i o n l o s s o f t h e m a t c h i n gn e t Wo r k ,a d i s a d v a n t a g e o ft h e a b o v e a p p r o a c hi s t h a tt h eq u a r t e r W a v e l e n g t ht r a n s f o r m e ron t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t er i a l i n c r e a s e s t h e i n s e r t i o n l o s s .

The d i s c lo s u r e s o f a l l o f t h e above -men t ioned p a t e n t s a r ee X p r e s s l y i n c o r p o r a t e db y r e f e r e n c e .

I t Would b e d e s i r a b l e t o m i n i m i Z et h e impedance m i smatch i n t u n a b l e microWave d e v i c e a p p l i c a t i o n s . T h e r e i s an e e d f o r at e c h n i q u ef o ri m p r o v i n gi m p e d a n c em a t c h i n gf o rt u n a b l e microWave componen ts t h a t a c h i e v e s minimalr e ? e c t i o na n d i n s e r t i o n l o s s e s t h r o u g h o u tt h e r a n g e o f o p e r at i o n o f t u n a b l e d e v i c e s .

SUMMARY OF THE INVENTION

T h i s i n v e n t i o n p r o v i d e s a n i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i tc o m p r i s i n ga c o n d u c t i v el i n e h a v i n g a n i n p u t p o r t a n d a no u t p u tp o r t a g r o u n dc o n d u c t o r ,a t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a lp o s i t i o n e dbe tWeen a ? r s t s e c t i o n o f t h e c o n d u c t i v el i n ea n dt h e g r o u n d c o n d u c t o r , a n o n - t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a lp o s i t i o n e d be tWeen a s e c o n d s e c t i o n o f t h e c o n d u c t o rl i n ea n d t h e g r o u n d c o n d u c t o r , a n d m e a n s f o r a p p l y i n g a DCv o l t a g e b e t W e e nt h e c o n d u c t i v e l i n e a n d t h e g r o u n d c o nd u c t o r .

The i n v e n t i o n f u r t h e r encompasses a n i m p e d a n c e matchi n g c i r c u i tc o m p r i s i n ga ? r s t g r o u n d c o n d u c t o r , a s e c o n dg r o u n dc o n d u c t o r ,a s t r i pc o n d u c t o r h a v i n g a ni n p u t p o r t a n da n o u t p u tp o r t .The t r i pc o n d u c t o ri s p o s i t i o n e db e t W e e nt h e? r s t a n d s e c o n dg r o u n d c o n d u c t o r sa n d t o de?ne ? r s t a n ds e c o n dg a p s , t h e ? r s tg a p b e i n g p o s i t i o n e db e t W e e nt h es t r i pc o n d u c t o ra n d t h e ? r s t g r o u n dc o n d u c t o ra n d t h e s e c o n d g a pb e i n g p o s i t i o n e db e t W e e nt h es t r i pc o n d u c t o ra n d t h es e c o n dg r o u n dc o n d u c t o r .A n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cm a t e r i a ls u p p o r t st h e ? r s t a n d s e c o n d g r o u n dc o n d u c t o r sa n d t h e s t r i pc o nd u c t o r i n a p l a n e . A o n n e c t i o n p o i n t i s p r o v i d e d f o ra p p l y i n ga DC o l t a g e b e t W e e nt h e s t r i pc o n d u c t o r a n dt h e? r s t a n d s e c o n dg r o u n dc o n d u c t o r s .A l u r a l i t yo f t u n a b l ed i e l e c t r i cl a y e r s e c t i o n s a r e p o s i t i o n e d b e t W e e nt h e s t r i pc o n d u c t o ra n d t h e ? r s t and second ground c o n d u c t o r ss o a st o b r i d g e t h e g a p s b e t W e e nt h e ? r s t a n d s e c o n d g r o u n dc o n d u c t o r sa n d t h e s t r i pc o n d u c t o ra t a p l u r a l i t y o f l o c a t i o n s ,l e a v i n g n o n - b r i d g e ds e c t i o n si nb e t We e n ,d e ? n i n ga p l u r a l i t yo fa l t e r n a t i n gb r i d g e da n d n o n - b r i d g e dc o - p l a n a rWa v e g u i d es e c t i o n s .

T h em a t c h i n gc i r c u i t sf o r mt u n a b l e i m p e d a n c et r a n s f o r me r s t h a t a r e ab le t o m a t c h a c o n s t a n t m i c r o Wa v e source

i m p e d a n c ec o n n e c t e d a t t h e i n p u t p o r t t o a v a r y i n g l o a di m p e d a n c ec o n n e c t e da t t h e o u t p u t p o r t ,t h e r e b y r e d u c i n gs i g n a l r e ? e c t i o n s b e t We e n t h e m i c r o Wa v e s o u r c e a n d av a r i a b l e l o a d i m p e d a n c e .

8/13/2019 Us 6759918

9/14

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B23

T h i s i n v e n t i o n p r o v i d e s a n i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i tc a p a b l e o f m a t c h i n g a r a n g e o f impedance v a l u e s t o at u n a b l e microwave d e v i c e i n o r d e r t o r e d u c e r e ? e c t i o n sf r o m i m p e d a n c e m i s m a t c hd u r i n g t u n i n g o f t h em i c r o W a v ed e v i c e .

B R I E F DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

F I G . 1 i s a p l a n v i e W o f a ? r s t e m b o d i m e n t o f t h e a u t oa d j u s t i n g m a t c h i n gn e t W o r ko f t h i si n v e n t i o n i n t h e f o r m o ft h em i c r o s t r i p ;

F I G . 2 i s a c r o s s - s e c t i o n a l v i e W o f t h e e m b o d i m e n t o fF I G . 1 t a k e n a l o n g l i n e22 s h o W i n ga m i c r o s t r i p l i n eg e o m e t r y ;

F I G . 3 i s a c r o s s - s e c t i o n a l v i e W o f t h e e m b o d i m e n t o fF I G . 1 t a k e n a l o n g l i n e3 3 s h o W i n ga m i c r o s t r i p l i n eg e o m e t r y ;

F I G . 4 i s a p l a n v i e W o f a second e m b o d i m e n t o f t h e a u t oa d j u s t i n g m a t c h i n gn e t W o r ko f t h i si n v e n t i o n i n t h e f o r m o ft h es t r i p l i n e ;

F I G . 5 i s a c r o s s - s e c t i o n a l v i e W o f t h e e m b o d i m e n t o fF I G . 4 t a k e n a l o n g l i n e55 s h o W i n ga s t r i p l i n eg e o m e t r y ;

F I G . 6 i s a c r o s s - s e c t i o n a l v i e W o f t h e e m b o d i m e n t o fF I G . 4 t a k e n a l o n g l i n e66 s h o W i n ga s t r i p l i n eg e o m e t r y ;

FIG. 7 i s a c r o s s - s e c t i o n a lv i e W o f a t h i r d e m b o d i m e n t f o rt h e a u t o a d j u s t i n g m a t c h i n g n e t W o r ko f t h i si n v e n t i o nb a s e do n a coax ia l g e o m e t r y ;

F I G . 8 i s a c r o s s - s e c t i o n a l v i e W o f t h e e m b o d i m e n t o fF I G . 7 t a k e n a l o n gl i n e88 s h o W i n gt h ec o a x i a l t r a n s m i ss i o n l i n eg e o m e t r y ;

F I G . 9 i s a p l a n vieW o f a n o t h e r e m b o d i m e n t f o r t h e a u t oa d j u s t i n gm a t c h i n g n e t Wo r ko f t h i s i n v e n t i o n i n c l u d i n gm u l t i p l e p a r t i a ls t a g e s o n t u n a b l e m a t e r i a l ;

F I G . 10 s a p l a n v i e W o f a n o t h e re m b o d i m e n t f o r t h e a u t oa d j u s t i n g matching netWork o f t h i s i n v e n t i o n b a s e d o n as l o t l i n eo r ? n l i n e g e o m e t r y ,a n d i n c l u d i n g m u l t i p l e p a r t i a l

s t a g e s ;F I G . 1 1 i s a c r o s s - s e c t i o n a l v i e W o f t h e e m b o d i m e n t o f

F I G . 1 0 t a k e n a l o n g l i n e1111 s h o W i n ga s l o t l i n eg e o me t r y ;

F I G . 12 i s a p l a n v i e W o f a n o t h e re m b o d i m e n t f o r t h e a u t oa d j u s t i n g matching netWork o f t h i s i n v e n t i o n b a s e d o n ac o - p l a n a rWa v e g u i d eg e o m e t r y ,a n d i n c l u d i n gm u l t i p l ep a rt i a l s t a g e s ;

F I G . 1 3 i s a c r o s s - s e c t i o n a l v i e W o f t h e e m b o d i m e n t o fF I G . 1 2 t a k e n a l o n g l i n e 1313 s h o W i n ga c o p l a n a rW a v e g u i d eg e o m e t r y ; a n d

F I G . 1 4 i s a b l o c k d i a g r a mshoWing a m a t c h i n g n e t W o r ko f t h i s i n v e n t i o n c o u p l e dt o a t u n a b l e d i e l e c t r i c d e v i c e .

DESCRIPTION OF THE PREFERREDEMBODIMENTS

The p r e f e r r e d e m b o d i m e n t s d e s c r i b e d h e r e i n a r e e a c hd e s i g n e d f o r u s e W i t h i n a c e r t a i n a r b i t r a r y f r e q u e n c yr a n g e .For t h i s r e a s o n a l l r e f e r e n c e st o a Wave l eng th W i l l r e f e r t ot h e c e n t e r f r e q u e n c y o ft h ed e s i g n .

R e f e r r i n g t o t h e d r a W i n g s ,F I G . 1 i s a p l a n v ieW o f a ? r s te m b o d i m e n t o f a n a u t o a d j u s t i n gm a t c h i n g n e t W o r ko f t h i si n v e n t i o n i n t h e f o r m o f t h e m i c r o s t r i pc i r c u i t1 0 . F I G . 2 i sa c r o s s - s e c t i o n a l vieW o f F I G . 1 t a k e n a l o n g l i n e 2 2shoWing t h e m i c r o s t r i p l i n e g e o m e t r y . F I G . 3 i s a c r o s ss e c t i o n a l vieW o f F I G . 1 t a k e n a l o n g l i n e3 3 .

The d e v i c e h a stWo p o r t s 1 2 a n d 1 4 f o r i n p u t a n d o u t p u to f a g u i d e d e l e c t r o m a g n e t i cWave. I t i n c l u d e s a m u l t i - s t a g e

1O

1 5

25

35

4 0

45

55

6 5

4m i c r o s t r i p l i n e 1 6 ,h a v i n g s e c t i o n s 1 8 a n d 2 0 o f v a r i o u sW i d t h s a n d l e n g t h s , d e p o s i t e d o n a n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cs u b s t r a t e2 2 , W h i c hi n t u r ni ss u p p o r t e db y g r o u n dp l a n e 2 4 ;a n d a m i c r o s t r i p l i n e s e c t i o n 26 d e p o s i t e d o n a v o l t a g et u n a b l e d i e l e c t r i cs u b s t r a t e 2 8 W h i c hi n t u r n i s s u p p o r t e db yg r o u n dp l a n e 3 0 . A b i a s i n ge l e c t r o d e 3 2 i n t h ef o r mo f a h i g hi m p e d a n c em i c r o s t r i pl i n ei s c o n n e c t e dt o m i c r o s t r i p s e c t i o n2 0 .

The b i a s i n g e l e c t r o d e 3 2 s e r v e s a s a m e a n s f o r connect inga n e x t e r n a l v a r i a b l e DC b i a s v o l t a g e s u p p l y 3 4 t o t h ea u t o - a d j u s t i n gi m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i t .T h e c o n n e c t i o no f t h e b i a s i n g e l e c t r o d e 3 2 t o t h e c i r c u i t i s n o t l i m i t e d t om i c r o s t r i p s e c t i o n 2 0 , b u t m a y b e m a d e t o a n y o t h e r p a r t o ft h e c i r c u i tt h a t i s e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e d t o m i c r o s t r i p l i n es e c t i o n 2 6 . Ground p l a n e s 24 and 3 0 a r e e l e c t r i c a l l y conn e c t e d t o e a c h o t h e r .While g r o u n d p l a n e s 24 a n d 3 0 a r es h o W n a s s e p a r a t e e l e m e n t s ,i t s h o u l d b e u n d e r s t o o dt h a tt h e y m a y a l t e r n a t i v e l y b e c o n s t r u c t e d a s as i n g l e g r o u n dp l a n e .

The m i c r o s t r i p l i n e s e c t i o n 2 6 , Which c o m p r i s e sa c o nd u c t i n g s t r i p ,i s d i r e c t l ys u p p o r t e db y a d i e l e c t r i cl a y e r2 8 ,W h i c hi s t h e v o l t a g e t u n a b l e l a y e r .A r o u n d p l a n e 3 0s u p p o r t st h e d i e l e c t r i cl a y e r 2 8 . The m i c r o s t r i pl i n e2 6 i s l e s st h a n a q u a r t e r W a v e l e n g t hl o n g a n d f o r m sa n a p p r o x i m a t e l yq u a r t e rW a v e l e n g t hl o n g t r a n s f o r m e rWhenj o i n e d t o s e c t i o n20 o f t h e m a t c h i n gne tWork on t h e n o n - t u n a b l e d i e l e c t r i cs u b s t r a t e 2 2 .

The n o n - t u n a b l es t a g e s 3 6 a n d 3 8 o f t h e m a t c h i n gn e tWork 1 0 f o r m a m u l t i - s t a g e m a t c h i n gc i r c u i t4 0 d i r e c t l ys u p p o r t e db y t h en o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cl a y e r 2 2 .T h e m u l t is t a g e m a t c h i n gc i r c u i t4 0 c a n b e a n y number o f s t a g e s o fv a r y i n g W i d t h s a n dl e n g t h s , n o t l i m i t e d t o q u a r t e r Wa v el e n g t h s e c t i o n s . I f t h e n o n - t u n a b l ea n d t u n a b l e s u b s t r a t e s2 2a n d 28 r e s p e c t i v e l y a r e n o t o f t h e s a m e h e i g h t , t h e l a s ts t a g e3 8 o f t h e m a t c h i n gn e t Wo r k ,W h i c ha b u t s t h e t u n a b l e d i e l e ct r i c 2 8 , W o u l db e e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e dt o m i c r o s t r i p l i n es e c t i o n 26 v i a a s t e p 4 2 .

FIG. 4 i s a p l a n v i e W o f a second e m b o d i m e n t o f t h e a u t oa d j u s t i n g m a t c h i n g n e t W o r k4 4 o f t h e i n v e n t i o n i n t h e f o r mo f a s t r i p l i n e . F I G . 5 i s a c r o s s - s e c t i o n a lv i e W o f FIG. 4 t a k e na l o n g l i n e55 s h o W i n ga s t r i p l i n eg e o m e t r y .F I G . 6 i s ac r o s s - s e c t i o n a lvieW o f F I G . 4 t a k e n a l o n g l i n e66.

The d e v i c e 4 4 h a s tWo p o r t s 4 6 a n d 4 8 f o r i n p u t a n do u t p u t o f t h e g u i d e d e l e c t r o m a g n e t i cW a v e . I t c o m p r i s e sas t r i p l i n e5 0 h a v i n gs e c t i o n s 5 2 a n d 5 4 o f v a r i o u sW i d t h s a n dl e n g t h s e m b e d d e d i n a n o n - t u n a b l e d i e l e c t r i c s u b s t r a t e 5 6s u p p o r t e db y t o p a n d b o t t o m g r o u n dp l a n e s 5 8 a n d 6 0 ,a na d d i t i o n a l s e c t i o n 6 2 o f s t r i p l i n e 50 e m b e d d e d i n a t u n a b l ed i e l e c t r i cs u b s t r a t e6 4 s u p p o r t e db y t o p a n d b o t t o m g r o u n dp l a n e s 6 6 a n d 6 8 , a n d a b i a s i n g e l e c t r o d e 70 i n t h e f o r m o fa h i g h i m p e d a n c es t r i p l i n ei s c o n n e c t e dt o s t r i p l i n es e c t i o n5 4 .

The c o n n e c t i o n o fb i a s i n g e l e c t r o d e 70 t o t h e c i r c u i t i s n o tl i m i t e d t o s t r i p l i n es e c t i o n 5 4 , b u t m a y b e m a d e t o a n y o t h e rp a r t o f t h e c i r c u i t t h a ti s e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e dt o s t r i p l i n es e c t i o n 6 2 . The b i a s i n g e l e c t r o d e 70 s e r v e s a s m e a n s f o rc o n n e c t i n gt h ea u t o - a d j u s t i n gi m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i t t oa n e x t e r n a l a d j u s t a b l e DC o l t a g e b i a s s o u r c e 7 2 . Groundp l a n e s 6 6 a n d 6 8 m a y o r m a y n o t b e t h e s a m e ground p l a n e sa s f o r t h e t u n a b l e microWave d e v i c e t o Which t h e matchingc i r c u i t i s c o n n e c t e d . Ground p l a n e s 6 6 a n d 6 8 a r e e l e c t r ic a l l yc o n n e c t e dt o t h eg r o u n dp l a n e s o f t h e t u n a b l e m i c r oWa v e d e v i c e . Ground p l a n e s 6 6 a n d 6 8 a r e e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e dt o g r o u n dp l a n e s 5 8 a n d 6 0 .

T h e s t r i p l i n es e c t i o n 6 2 ,W h i c hi s a c o n d u c t i n gs t r i p ,i sd i r e c t l ye m b e d d e d i n t h et u n a b l e d i e l e c t r i cl a y e r6 4 , W h i c h

8/13/2019 Us 6759918

10/14

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B25

i s t h e v o l t a g e t u n a b l el a y e r .Ground p l a n e s 6 6 o n t h e t o p a n d6 8 o n t h e b o t t o m s u p p o r t t h e d i e l e c t r i c l a y e r 6 4 . Thes t r i p l i n e6 2 i s l e s st h a n a q u a r t e rW a v e l e n g t hl o n g a n d f o r m sa n a p p r o x i m a t eq u a r t e r W a v e l e n g t hl o n g t r a n s f o r m e rWhenj o i n e d t o s e c t i o n 5 4 o f t h e m a t c h i n g n e t W o r ki n t h e n o nt u n a b l e d i e l e c t r i c s u b s t r a t e 5 6 .

The n o n - t u n a b l es t a g e s

7 6 a n d 7 8 o ft h e

m a t c h i n gn e t

Work 4 4 f o r m a m u l t i - s t a g e m a t c h i n gc i r c u i t8 0 d i r e c t l ys u p p o r t e db y t h en o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cl a y e r5 6 .T h e m u l t is t a g e m a t c h i n gc i r c u i t8 0 c a n b e a n y number o f s t a g e s o fv a r y i n g W i d t h sa n d l e n g t h s , n o t l i m i t e d t o a n d i n c l u d i n gq u a r t e rW a v e l e n g t hs e c t i o n s .The l a s ts t a g e 7 8 o f t h e m a t c hi n g n e t Wo r k ,W h i c ha b u t s t h e t u n a b l e d i e l e c t r i c 6 4 ,i s e l e ct r i c a l l yc o n n e c t e dt o m i c r o s t r i p l i n es e c t i o n 6 2 .

F I G . 7 i s a l o n g i t u d i n a l c r o s s - s e c t i o n a lv i e W o f a t h i r de m b o d i m e n t o f t h e i n v e n t i o nf o rt h e a u t o a d j u s t i n gm a t c h i n gn e t Wo r k b a s e d o n a c o a x i a l geometry. FIG. 8 i s a c r o s ss e c t i o n a l v i e Wo f F I G . 7 t a k e n a l o n gl i n e88 s h o W i n gt h ec o a x i a l t r a n s m i s s i o nl i n eg e o m e t r y .

The d e v i c e 8 2 o f FIGS. 7 a n d 8 h a s tWo p o r t s 84 a n d 8 6f o r i n p u t a n d o u t p u t o f t h e g u i d e de l e c t r o m a g n e t i cW a v e .I tc o m p r i s e sa c e n t e r c o n d u c t o r8 8 h a v i n gs e c t i o n s 9 0 a n d 9 2o f v a r i o u s d i a m e t e r sand l e n g t h s s u r r o u n d e db y a n o nt u n a b l e d i e l e c t r i c s u b s t r a t e 9 4 , Which i n t u r n i s s u r r o u n d e dby g r o u n d c o n d u c t o r 9 6 . A n a d d i t i o n a l c e n t e r c o n d u c t o rs e c t i o n 9 8 i s s u r r o u n d e dby a t u n a b l e d i e l e c t r i c s u b s t r a t e1 0 0 , W h i c hi n t u r n i s s u r r o u n d e db y g r o u n dc o n d u c t o r1 0 2 .A h i n b i a s i n g e l e c t r o d e 104 e n t e r s t h e c o - a x i a l s t r u c t u r et h r o u g h a s m a l l h o l e 106 a n d i s c o n n e c t e d t o t h e c e n t r a lc o n d u c t o r8 8 .

The c o n n e c t i o n o fb i a s i n g e l e c t r o d e 104 t o t h e c i r c u i ti sn o t l i m i t e d t o t h e c e n t e r c o n d u c t o rs e c t i o n 9 2 , b u t m a y bem a d e t o a n y o t h e r p a r t o f t h e c i r c u i tt h a t i s e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e dt o c e n t e r c o n d u c t o rs e c t i o n 9 8 . The b i a s i n g e l e ct r o d e 1 0 4 se rves a s a m e a n s f o r c o n n e c t i n g a n ex te rna la d j u s t a b l e DC o l t a g e b i a s s o u r c e 7 4 t o t h e a u t o - a d j u s t i n gi m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i t .Ground c o n d u c t o r1 0 2 m a y o rmay n o t b e t h e s a m e g round conductor a s f o r a t u n a b l emicroWave d e v i c e t o Which t h e m a t c h i n gc i r c u i tWould b ec o n n e c t e d . Ground c o n d u c t o r1 0 2 i s e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e dt o t h e g r o u n dc o n d u c t o ro f t h e t u n a b l e microWave d e v i c e .G r o u n d c o n d u c t o r s96 and 102 a r e e l e c t r i c a l l y c o n n e c t e dt oe a c h o t h e r .

The c e n t e r c o n d u c t o r s e c t i o n 98 i s s u r r o u n d e db y ad i e l e c t r i cl a y e r1 0 0 , W h i c hi s t h ev o l t a g e t u n a b l el a y e r .T h ev o l t a g e t u n a b l e d i e l e c t r i cl a y e r 1 0 0 i s e n c l o s e db y a g r o u n dc o n d u c t o r1 0 2 . The c e n t e r c o n d u c t o rs e c t i o n 9 8 i s l e s s t h a na q u a r t e rW a v e l e n g t hl o n g a n d f o r m sa c o m p o s i t ei m p e d a n c et r a n s f o r m e ra p p r o x i m a t e l ya q u a r t e r W a v e l e n g t hl o n g Whenj o i n e d t o s e c t i o n 9 2 o f t h e m a t c h i n g n e t W o r ki n t h e n o nt u n a b l e d i e l e c t r i c 9 4 .

T h e m a t c h i n gn e t W o r k 1 0 9i s a m u l t i - s t a g e m a t c h i n gc i r c u i ts u r r o u n d e d by a d i e l e c t r i c l a y e r 9 4 , Which i s an o n - t u n a b l ed i e l e c t r i c .T h e d i e l e c t r i cl a y e r 9 4 i s e n c l o s e db ya g r o u n dc o n d u c t o r9 6 . The m u l t i - s t a g em a t c h i n gc i r c u i tc a nb e a n y number o f s t a g e s o f v a r y i n gW i d t h sa n d l e n g t h s , n o tl i m i t e d t o a n d i n c l u d i n g q u a r t e r W a v e l e n g t hs e c t i o n s .Thel a s t s t a g e 1 0 8 o f t h e m a t c h i n g c i r c u i t ,W h i c ha b u t s t h et u n a b l e d i e l e c t r i c1 0 0 , i s e l e c t r i c a l l y c o n n e c t e dt o t h e c e n t e rc o n d u c t o r9 8 .

An x t e n s i o n t o t h e ? r s t e m b o d i m e n t i s s h o W n i n F I G . 9 ,a s a m a t c h i n gc i r c u i th a v i n g m u l t i p l e t u n a b l es t a g e s 1 1 2 ,1 1 4 , 1 1 6 ,a n d m u l t i p l en o n - t u n a b l es t a g e s1 5 4 , 1 5 6 , 1 1 4 aa n d 1 1 6 a . The d e v i c e h a s tWo p o r t s 1 1 8 a n d 1 2 0 f o r i n p u tand o u t p u t o f a g u i d e d e l e c t r o m a g n e t i cWave. I t i n c l u d e s am a t c h i n gm i c r o s t r i p l i n e s e c t i o n 1 2 2 , d e p o s i t e d o n a n o n

1 5

25

35

4 0

45

55

6 5

6t u n a b l ed i e l e c t r i cs u b s t r a t e1 2 4 ; m u l t i p l ep a i r so f m i c r o s t r i ps e c t i o n s 1 2 6 , 1 2 8 a n d 1 3 0 , 1 3 2 a n d 1 3 4 , 1 3 6 d e p o s i t e d o np a i r s o f n o n - t u n a b l ea n d t u n a b l e d i e l e c t r i cs u b s t r a t e s 1 2 4 ,1 3 8 a n d 1 4 0 , 1 4 2 a n d 1 4 4 , 1 4 6 r e s p e c t i v e l y ; a b i a s i n ge l e c t r o d e 1 4 8 i n t h e f o r m o f a h i g h i m p e d a n c em i c r o s t r i pl i n ec o n n e c t e dt o m i c r o s t r i p s e c t i o n1 2 6 ; a n d a g r o u n dp l a n e( n o ts h o W n ) .T h e d i e l e c t r i cs u b s t r a t e sa r es u p p o r t e db y t h eg r o u n dp l a n e , W h i c hm a y i n c l u d e d i f f e r e n te l e c t r i c a l l yc o nn e c t e d s e c t i o n s t o a d a p t t o t h e d i f f e r e n t t h i c k n e s s e so f t h es u b s t r a t e s 1 2 4 , 1 4 0 1 4 4 a n d 1 3 8 , 1 4 2 , 1 4 6 .

The c o n n e c t i o no f b i a s i n g e l e c t r o d e 148 t o t h e c i r c u i ti sn o t l i m i t e d t o m i c r o s t r i p s e c t i o n 1 2 6 , b u t m a y b e m a d e t oa n y o t h e r p a r t o f t h e c i r c u i tt h a ti s e l e c t r i c a l l y c o n n e c t e dt om i c r o s t r i p l i n e s e c t i o n s 1 2 8 , 1 3 2 a n d 1 3 6 . T h e b i a s i n ge l e c t r o d e 1 4 8 c o n n e c t st h e a u t o - a d j u s t i n gi m p e d a n c e m a t c hi n g c i r c u i t t o a n a d j u s t a b l e DC o l t a g e b i a s s o u r c e 1 5 2 . Theground p l a n e m a y o r m a y n o t b e t h e s a m e ground p l a n e a sf o r t h e t u n a b l e microWave d e v i c e t o Which t h e m a t c h i n gc i r c u i t i s c o n n e c t e d .

Each o f t h e m i c r o s t r i p l i n es e c t i o n s 1 2 8 , 1 3 2 a n d 1 3 6 i sl e s st h a n a q u a r t e r W a v e l e n g t hl o n g a n d f o r m sa n a p p r o x im a t e l y q u a r t e rWa v e l e n g t hl o n gi m p e d a n c et r a n s f o r m e rWhenj o i n e d t o m i c r o s t r i ps e c t i o n s 1 2 6 , 1 3 0 a n d 1 3 4 r e s p e ct i v e l y .

The n o n - t u n a b l es t a g e s o f t h em a t c h i n gn e t W o r k1 5 4 , 1 5 6f o r m a m u l t i - s t a g em a t c h i n gc i r c u i t1 5 8 d i r e c t l ys u p p o r t e db y t h e n o n - t u n a b l e d i e l e c t r i cl a y e r1 2 4 . T h e m u l t i - s t a g em a t c h i n gc i r c u i tc a n b e a n y number o f s t a g e s o f v a r y i n gW i d t h s a n dl e n g t h s , n o t l i m i t e d t o q u a r t e r W a v e l e n g t hs e ct i o n s .M i c r o s t r i p s e c t i o n 1 2 6 o f t h e l a s t s t a g e 1 5 6 o f t h en o n - t u n i n gp a r to f t h e m a t c h i n gn e t Wo r k ,W h i c ha b u t s t h et u n a b l e s t a g e 1 1 2 ,i s e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e dt o m i c r o s t r i pl i n es e c t i o n 1 2 8 . The l a t t e ra b u t s n o n - t u n a b l et u n a b l e s t a g e1 1 4 aa n d i s e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e dt o m i c r o s t r i p l i n es e c t i o n 1 3 0 .The l a t t e ra b u t s t u n a b l e s t a g e 1 1 4 a n d i s e l e c t r i c a l l y c o nn e c t e d t o m i c r o s t r i p l i n e s e c t i o n 1 3 2 . The l a t t e r a b u t sn o n - t u n a b l et u n a b l e s t a g e 1 3 4 a n d i s e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e dt o m i c r o s t r i pl i n es e c t i o n 1 3 4 . The l a t t e ra b u t s t u n a b l es t a g e1 1 6 a n d i s e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e dt o m i c r o s t r i p l i n es e c t i o n1 3 6 .

The m u l t i p l e s t a g e p a i r s i n F I G . 9 e n s u r e i m p e d a n c em a t c h i n go v e r a W i d e rf r e q u e n c ya n d impedance r a n g e t h a nt h e m o r e s i m p l eg e o m e t r yo f F I G . 1 . I t s h o u l db e u n d e r s t o o dt h a t a s i m i l a r e x t e n s i o n t o m u l t i p l e s t a g e p a i r s c a n b e m a d ef o r t h es e c o n d ( s t r i p l i n e )a n d t h i r d( c o - a x i a l )e m b o d i m e n t sa s W e l l .

F I G . 10 s a p l a n v ieW o f a n o t h e re m b o d i m e n t f o r t h e a u t oa d j u s t i n g match ing ne tWork 160 based o n a s l o t l i n e o r? n l i n eg e o m e t r y ,a n d i n c l u d i n gm u l t i p l ep a r t i a ls t a g e s1 6 2 ,1 6 4 , a n d 1 6 6 . F I G . 1 1 i s a c r o s s - s e c t i o n a l v i e W o f F I G . 1 0t a k e n a l o n gl i n e1111 s h o W i n ga s l o t l i n eg e o m e t r y .

The d e v i c e 160 h a s tWo p o r t s 1 6 8 a n d 1 7 0f o r i n p u t a n do u t p u t o f t h e g u i d e d e l e c t r o m a g n e t i cW a v e .I t i n c l u d e s t W oc o n d u c t i n g c o p l a n a r c o n d u c t o r s1 7 2 a n d1 7 4 ,s u p p o r t e db yn o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cl a y e r 1 7 6 , a n d s e p a r a t e db y a g a p 1 7 8t o form a s l o t l i n e( o r ? n l i n e i f i n t e g r a t e d i n t o a W a v e g u i d e )g e o m e t r y .F o r c o m p a r i s o nW i t h t h e ? r s t ,s e c o n d a n dt h i r de m b o d i m e n t s o n e o f t h e s e c o p l a n a rc o n d u c t o r s174 c a n b ec o n s i d e r e dt o b e t h e g r o u n dc o n d u c t o r .The s l o t178 m a y b eo f un i fo rm W i d t h , o r i t can be o f non -un i fo rm Wi d th a sshoWn n F I G . 1 0 . At m u l t i p l e l o c a ti o n s( t h r e eshoWn n F I G .1 0 ) 1 6 2 , 1 6 4 a n d 1 6 6 , t h e s l o t i s b r i d g e d b y a t u n a b l ed i e l e c t r i cl a y e r 1 8 0 , 1 8 2 a n d 1 8 4 , Which c a n b e d e p o s i t e d o nt h e s u p p o r t i n gd i e l e c t r i cl a y e r 1 7 6 u s i n g t h i c k o r t h i n? l mt e c h n o l o g yp r i o rt o d e p o s i t i n gt h em e t a l l a y e r s1 7 2 a n d1 7 4o n t h e s u p p o r t i n gd i e l e c t r i c l a y e r 1 7 6 . BetWeen l o c a t i o n s

8/13/2019 Us 6759918

11/14

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B27

1 6 2 , 164 a n d 1 6 6 , t h e r e r e m a i ns e c t i o n s 186 a n d 1 8 8a s We l la s 190a a n d 1 9 0 b , Which a r e n o t b r i d g e d W i t ha t u n a b l em a t e r i a l l a y e r .P l a n a r c o n d u c t o r 172 i s c o n n e c t e d t o a na d j u s t a b l eDC o l t a g e b i a s s o u r c e1 9 2 , a n d p l a n a r c o n d u c t o r1 7 4 i s c o n n e c t e d t o DC r o u n d . The c o p l a n a r c o n d u c t o r smay r may o t b e t h e s a m e c o p l a n a r conductors a s f o r t h et u n a b l e microWave d e v i c e t o Which t h e m a t c h i n gc i r c u i ti sc o n n e c t e d .

Each o f t h e t u n a b l e s l o t l i n es e c t i o n s 1 6 2 , 1 6 4 a n d 1 6 6i sl e s st h a n a q u a r t e r W a v e l e n g t hl o n g , b u t t o g e t h e r W i t h t h en o n - t u n a b l ei n t e r m e d i a t e s e c t i o ns1 8 6 , 1 8 8 , 1 9 0 a a n d 1 9 0 bWhich a r e a l s o t y p i c a l ly s h o r t e r t h a n a q u a r t e r W a v e l e n g t hl o n g , t h e s e c a s c a d e d s l o t l i n e s e c t i o n s fo rm a c a s c a d e dn e t W o r kt h a tm a y b e a m u l t i p l eo f q u a r t e r W a v e l e n g t h sl o n g .The n e t W o r kc a n b e m a d e l o n g e r b y s i m p l y a d di n gmorep a i r s o f t u n a b l e a n d n o n - t u n a b l es l o t l i n es e c t i o n s .By c a r e f u lc h o i c e o f t h e r e l a t i v e l e n g t h s o f e a c h t u n a b l e a n d n o nt u n a b l e s l o t l i n e s e c t i o n , t h e c a s c a d e d netWork forms at u n a b l e i m p e d a n c em a t c h i n gn e t W o r ko v e r a W i d ef r e q u e n c yb a n d .

The s l o t l i n es e c t i o n s 1 8 6 , 1 8 8 190a a n d 190b m a y a l s o b eb r i d g e d b y a t u n a b l e l a y e r ,s i m i l a r t o t h e t u n a b l e s e c t i o n s1 6 2 , 1 6 4 a n d 1 6 6 , b u t Which m a y b e l e s st u n a b l e . Reducedt u n a b i l i t y i n r e g i o n s 1 8 6 , 1 8 8 1 9 0 a a n d 1 9 0 b c a n b ea c h i e v e db y u s i n g a m a t e r i a l t h a ti s l e s st u n a b l e a n d / o rbyu s i n g W i d e r s l o t g a p s t o r e d u c e t h e b i a s ? e l d s t r e n g t h i nt h e s e r e g i o n s . I n s t e a d o f u s i n g d i f f e r e n tt y p e s o f m a t e r i a l si nt h e s t r o n g l y t u n a b l ea n d l e s s e r t u n a b l e s l o tr e g i o n s , a t u n a b l em a t e r i a lc a n b e d e p o s i t e dW h i c hm a y h a v ev a r y i n gt u n a b i l i t ya l o n g t h es l o tl e n g t h .

F I G . 1 2 i s a p l a n v i e W o f a n o t h e re m b o d i m e n t f o r t h e a u t oa d j u s t i n g m a t c h i n g n e t W o r k 194 b a s e d o n a c o - p l a n a rWa v e g u i d eg e o m e t r y ,a n d i n c l u d i n g m u l t i p l ep a r t i a ls t a g e s .F I G . 1 3 i s a c r o s s - s e c t i o n a lv i e W t a k e n a l o n gl i n e 1 3 1 3i nF I G . 1 2 ,s h o W i n ga c o p l a n a rW a v e g u i d eg e o m e t r y .

The d e v i c e 194 h a s t W o p o r t s 1 9 6 a n d 1 9 8f o r i n p u t a n do u t p u t o f t h e g u i d e d e l e c t r o m a g n e t i cW a v e .I t i n c l u d e s tWoc o p l a n a r c o n d u c t i n g g r o u n d c o n d u c t o r s 2 0 0 , 2 0 2 a n d ac e n t r a ls t r i p c o n d u c t o r 2 0 4 , s u p p o r t e d b y n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cl a y e r 2 0 6 , a n d s e p a r a t e db y g a p s 2 0 8 a n d 2 1 0 t of o r m a c o - p l a n a r W a v e g u i d eg e o m e t r y .The s l o t s2 0 8 a n d210 m a y b e o f u n i f o r mW i d t h ,o r t h e y c a n b e o f n o n - u n i f o r mW i d t h a s s h o W n i n F I G . 1 2 . At m u l t i p l e l o c a t i o n s 2 1 2 , 214a n d 2 1 6 , t h e s l o t s208 a n d 210 a r e b r i d g e d b y a t u n a b l ed i e l e c t r i c l a y e r s 218 220 a n d 2 2 2 , Which c a n b e d e p o s i t e do nt h e s u p p o r t i n gd i e l e c t r i cl a y e r 2 0 6 u s i n g t h i c k o r t h i n? l mt e c h n o l o g yp r i o rt o d e p o s i t i n gt h em e t a l l a y e r s2 0 0 a n d 2 0 2a n d 204 on t h e s u p p o r t i n gd i e l e c t r i c l a y e r 2 0 6 . BetWeenl o c a t i o n s 2 1 2 , 214 a n d 2 1 6 , t h e r e r e m a i ns e c t i o n s 2 2 4 , 2 2 6a s Well a s 2 2 8 a a n d 228b Which a r e n o t br idged With at u n a b l e m a t e r i a ll a y e r .S t r i pc o n d u c t o r204 i s c o n n e c t e dt oa n a d j u s t a b l e DC o l t a g e b i a s s o u r c e 2 3 0 ,a n d p l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r s200 a n d 202 a r e c o n n e c t e dt o DC r o u n d . Thec o p l a n a r c o n d u c t o r s200 a n d 202 a n d s t r i p204 m a y o r m a yn o t be t h e s a m e c o p l a n a r c o n d u c t o r s a s f o r t h e t u n a b l emicroWave d e v i c e t o Which t h e matching c i r c u i t i s conn e c t e d .

E a c h o f t h e t u n a b l e c o - p l a n a rW a v e g u i d es e c t i o n s 2 1 2 ,214 a n d 216 i s l e s s t h a n a q u a r t e r W a v e l e n g t hl o n g , b u tt o g e t h e r W i t h t h e n o n - t u n a b l ei n t e r m e d i a t e s e c t i o n s 2 2 4 ,2 2 6 , 228a a n d 2 2 8 b , Which a r e a l s o t y p i c a l ly s h o r t e r t h a n aq u a r t e r W a v e l e n g t hl o n g , t h e s e c a s c a d e d c o - p l a n a rWavegu ide s e c t i o n s fo rm a cascaded netWork t h a t m a y b e am u l t i p l e o f q u a r t e r W a v e l e n g t h sl o n g . T h e n e t W o r kc a n b em a d e l o n g e r b y s i m p l y a d d i ngm o r ep a i r so f t u n a b l e a n dn o n - t u n a b l e c o - p l a n a rW a v e g u i d es e c t i o n s .By c a r e f u l

1 5

25

35

4 0

45

55

6 5

8c h o i c e o f t h e r e l a t i v e l e n g t h s o f e a c h t u n a b l e a n d n o nt u n a b l e s e c t i o n , t h e c a s c a d e d netWork f o r m s a t u n a b l ei m p e d a n c em a t c h i n g n e t W o r ko v e r a W i d ef r e q u e n c yb a n d .

T h e s l o t s i nc o - p l a n a rW a v e g u i d es e c t i o n s2 2 4 , 2 2 6 ,2 2 8 aa n d 228b m a y a l s o b e b r i d g e db y a t u n a b l e l a y e r ,s i m i l a r t ot h e t u n a b l e s e c t i o n s2 1 2 , 214 a n d 2 1 6 , b u t i n t h a t c a s e t h e

l a y e rm a y e l e s st u n a b l e .R e d u c e dt u n a b i l i t yi n r e g i o n s2 2 4 ,2 2 6 , 228a a n d 228b c a n b e a c h i e v e dby u s i n g a m a t e r i a lt h a ti s l e s st u n a b l e a n d / o rby u s i n g W i d e rs l o tg a p s t o r e d u c et h eb i a s ? e l d s t r e n g t h i n t h e s e r e g i o n s .I n s t e a d o f u s i n g d i f f e r e n tt y p e s o f m a t e r i a l s i n t h e s t r o n g l y t u n a b l e a n d l e s s e r t u n a b l es l o t r e g i o n s , a t u n a b l e m a t e r i a lc a n b e d e p o s i t e dWhich m a yh a v e v a r y i n gt u n a b i l i t ya l o n gt h e c o - p l a n a rWa v e g u i d el e n g t h .

F I G . 1 4 i s a b l o c k d i a g r a mshoWing a m a t c h i n g n e t W o r k1 0 c o n s t r u c t e di n a c c o r d a n c e W i t ht h i si n v e n t i o n c o u p l e dt oa t u n a b l e microWave d e v i c e 2 3 2 . The t u n a b l e m i c r o Wa v ed e v i c e 2 3 2 c o u l d be one o f m a n y d e v i c e s Which havev a r y i n gi n p u t / o u t p u tc h a r a c t e r i s t i ci m p e d a n c e ss u c h a s t u na b l ep h a s e s h i f t e r s ,d e l a y l i n e s , ? l t e r s ,e t c . I n t h ea r r a n g em e n t shoWn i n F I G . 1 4 , t h e a d j u s t a b l e e x t e r n a lDC o l t a g es o u r c e i s u s e d t o s u p p l y b i a s v o l t a g e t o t h e m a t c h i n gnetWork 10 a n d t h e t u n a b l e microWave d e v i c e 232 i nt a n d e m .As t h ev o l t a g e s u p p l i e db y t h ee x t e r n a lDC o l t a g es o u r c e c h a n g e s ,t h ec h a r a c t e r i s t i ci n p u t / o u t p u ti m p e d a n c eo ft h e t u n a b l e d i e l e c t r i c d e v i c e W i l l a l s o c h a n g e . At t h e s a m et i m e t h ei m p e d a n c ec h a r a c t e r i s t i c so f t h em a t c h i n g n e t W o r kW i l l c h a n g et o maximiZe poWer t r a n s f e r f r o m / t o t h e m i c r oWa v e s o u r c e / l o a d2 3 4 t o / f r o mt h e t u n a b l e microWave d e v i c e2 3 2 . A l t e r n a t i v e l y , t h e t u n a b l e microWave d e v i c e 232 a n dt h e m a t c h i n g n e t W o r k 1 0c a n b e c o n t r o l l e d b y tWo d i f f e r e n te x t e r n a l DC o l t a g e s o u r c e s .

The ? r s t p r e f e r r e d e m b o d i m e n t o f t h e a u t o a d j u s t i n gm a t c h i n g n e t W o r ku s e s a m i c r o s t r i p g e o m e t r y .The s e c o n dp r e f e r r e de m b o d i m e n to f t h ea u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gc i r c u i th a s a s t r i p l i n e g e o m e t r y ,t h e t h i r d h a s a c o a x i a l g e o m e t r y ,t h ef o u r t h h a s a s l o t l i n e o r ? n l i n e g e o m e t r y a n d t h e ? f t h h a s a

c o - p l a n a rWa v e g u i d eg e o m e t r y .I n s o m e embod imen t s t h i s i n v e n t i o n p r o v i d e s a m u l t i

s t a g e i m p e d a n c ec i r c u i tf u n c t i o n a l l y i n t e r p o s e db e t W e e nac o n d u c t o rl i n e and a n e n t r y p o i n t o f a t u n a b l e microWaved e v i c e ,W h e r e i nt h em u l t i - s t a g ei m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i tr e d u c e s t h e s i g n a l r e ? e c t i o n o f a microWave s i g n a l p r o p ag a t i n g t h r o u g ht h e t u n a b l e i m p e d a n c et r a n s f o r m e ri n t ot h emicroWave d e v i c e , b y m a t c h i n gt h e Wa v e i m p e d a n c eo f amicroWave s i g n a l a t t h e e n t r y p o i n t , t o t h e microWave s o u r c ei m p e d a n c e .

T h i s i n v e n t i o n p r o v i d e s e l e c t r i c a l l yc o n t r o l l e d a u t oa d j u s t i n g m a t c h i n gn e t W o r k st h a tc o n t r i b u t e t o t h e t u n a b l ea p p l i c a t i o n so f m i c r o W a v ed e v i c e s , W h i l e i m p r o v i n gu p o nt h e r a n g e o f op e r a t i o n o fs u c h d e v i c e s . I t overcomes t h eprob lem o f m a t c h i n gt o a microWave t r a n s m i s s i o nl i n eW i t ha v a r y i n g c h a r a c t e r i s t i c i m p e d a n c e .I t i s We l l s u i t a b l e f o rt u n a b l ep h a s es h i f t e r s ,d e l a yl i n e s ,a n d i m p e d a n c em a t c h i n gf o r poWer a m p l i ? e r s u s e d a s g e n e r a l - p u r p o s emicroWavecomponen t s i n a v a r i e t y o f a p p l i c a t i o n s s u c h a s h a n d s e tp o W e r a m p l i ? e r s , r a d a r ,m i c r o W a v ei n s t r u m e n t a t i o n a n dm e a s u r e m e n ts y s t e m s a n d r a d i o f r e q u e n c y p h a s e d a r r a ya n t e n n a s . The d e v i c e s a r e a p p l i c a b l e over a Wi d e frequencyr a n g e , f rom 500 MHZ o 4 0 GHZ.

T h e i n v e n t i o n p r o v i d e s a n i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i th a v i n g m i n i m a lr e ? e c t i o n l o s s a n d r e d u c e d i n s e r t i o n l o s so v e r t h e t u n i n g r a n g e o f t h e d e v i c e .

T h e a u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gc i r c u i t so f t h i s i n v e n t i o nm a y h a v e a d u a l f u n c t i o n . The m a i n o b j e c t i v e o f t h ea u t o - a d j u s t i n g m a t c h i n gc i r c u i ti s t o o p e r a t e a s a n i m p e d

8/13/2019 Us 6759918

12/14

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B2

a n c e m a t c h i n g n e t w o r k . A d d i t i o n a l l y, t h e a u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gc i r c u i th a s t h e a b i l i t yt o c o n t r i b u t e t o t h e t u n a b l er a n g eo f t h e microWave d e v i c e t o Which t i s c o u p l e d . H e n c e ,t h ea u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gc i r c u i tmay i n c o r p o r a t e t u n a b l ea p p l i c a t i o n s i n i t s d e s i g n a sWe l l .F o r e x a m p l e ,t h el e n g t h o fa t u n a b l e p h a s es h i f t e rm a y b e d e c r e a s e ds i n c e t h e m a t c h i n gn e t W o r kp r o v i d e s a s m a l l a m o u n t o f t u n a b l e p h a s e s h i f tt h r o u g hi t so p e r a t i n gr a n g e .T h u s , b o t ho b j e c t i v e sa l s ol e a dt o a d e c r e a s e i n t h e i n s e r t i o n l o s s .

The p r e s e n t i n v e n t i o ni s a d v a n t a g e o u s b e c a u s et h a s W i d ea p p l i c a t i o n t o t u n a b l e m i c r o W a v et r a n s m i s s i o nl i n ea p p l i c at i o n s t h a t m a k e u s e o f a s t a t i c e l e c t r i c ? e l d t o produce t h ed e s i r e d t u n i n g e f f e c t .T h i s i n v e n t i o n i s a l s o a p p l i c a b l e t ot u n a b l e microWave d e v i c e a p p l i c a t i o n s t h a t o p e r a t e o v e r af r e q u e n c yb a n d o r a t a s i n g l e f r e q u e n c y .

T h e a u t o - a d j u s t i n g m a t c h i n g c i r c u i ta c c o r d i n g t o t h ep r e s e n t i n v e n t i o nm a y o r m a y n o t c o n t r i b u t e t o t h e d e s i g nc r i t e r i a o f t h e t u n a b l e a p p l i c a t i o n a n d may use a commonDC o l t a g e b i a s o r a d i f f e r e n t DC o l t a g e b i a s . The i n v e nt i o n m i n i m i Z e sr e ? e c t i o n l o s s a n d i n c r e a s e s t h e u s e a b l eb a n d W i d t ho f t h e m i c r o W a v ea p p l i c a t i o n .

T h e a u t o - a d j u s t i n g m a t c h i n gc i r c u i ti s a m u l t i - s t a g ei m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i tt h a ti n c l u d e s b o t h n o n - t u n a b l ea n d t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l . F o r eXample i n o n e p r e f e r r e de m b o d i m e n t ,t h e i m p e d a n c e m a t c h i n gt r a n s f o r m e rs t a g es u p p o r t e db y t h e t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l i s l e s s t h a n aq u a r t e r W a v e l e n g t hl o n g a n d i s c o n n e c t e dt o t h e a d j a c e n tt r a n s f o r m e rs u p p o r t e dby t h e n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i ct o f o r ma c o m p o s i t e q u a r t e rWa v e l e n g t hi m p e d a n c et r a n s f o r m e r .I n d i v i d u a l s e c t i o n s o f such a compos i t e q u a r t e r Wa v e t r a n sf o r m e rc a n b e r e f e r r e d t o a s p a r t i a l s t a g e s . The m a t c h i n gt r a n s f o r m e r s a r e t u n e d i n t a n d e m W i t h t h e m i c r o Wa v ed e v i c e , i n o r d e r t o o b t a i n l o W i n s e r t i o n lo s s a s W e l l a sr e d u c i n g t h e r e ? e c t i o n s f r o m i m p e d a n c em i s m a t c h .T h u s ,m i n i m a li n s e r t i o n l o s s i n t h e m a t c h i n gn e t W o r ki s a c h i e v e d .A d d i t i o n a l l y, t h er e ? e c t i o n s f r o m i m p e d a n c em i s m a t c hd u et o t h e t u n i n g o f t h e microWave d e v i c e a r e a l s o m i n i m i Z e d .

T h e a u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gc i r c u i ti s a t Wo - p o r td e v i c e ,W h i c hi n i t s s i m p l e s t f o r m i n c l u d e s a c o n d u c t i n gm a t c h i n gn e t W o r ks u p p o r t e db y a l o W- l o s s , c o n v e n t i o n a l n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i c s u b s t r a t e Which i n t u r n i s a s u p p o r t e db y a ? r s tg r o u n d c o n d u c t o r ; a t l e a s to n e c o n d u c t i n g p a r t i a l - s t a g es u p p o r t e d b y a l o W- l o s s v o l t a g e - t u n a b l ed i e l e c t r i c l a y e r ,W h i c hi n t u r n i s s u p p o r t e db y a s e c o n d g r o u n dc o n d u c t o r ;a n d a b i a s i n g e l e c t r o d ef o r c o n n e c t i o nt o a n e X t e r n a l v a r i a b l e

DC v o l t a g e s o u r c e , p r e f e r a b l y b y Way o f a microWavec h o k e .

The p a r t i a l - s t a g e o n t h e t u n a b l e d i e l e c t r i c l a y e r a n d t h ea d j o i n i n g p a r t i a ls t a g e o n t h e n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cl a y e rt o g e t h e r c a n f o r m a n a p p r o x i m a t eq u a r t e r W a v e l e n g t hl o n gi m p e d a n c et r a n s f o r m e r .T h ep o r t l e a d i n g t o t h ep a r t i a ls t a g es u p p o r t e dby t h e t u n a b l e d i e l e c t r i c c a n b e c o n n e c t e da t t h ei n p u t o r o u t p u t o f a t u n a b l e microWave d e v i c e . The o t h e rp o r t o f t h e a u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gc i r c u i t ,W h i c hi s c o nn e c t e d t o t h em a t c h i n gs e c t i o n s u p p o r t e db y t h en o n - t u n a b l ed i e l e c t r i c s u b s t r a t e ,f o r m s a m i c r o W a v es i g n a l i n p u t / o u t p u tp o r t , Which h a s a s u b s t a n t i a l l y c o n s t a n t c h a r a c t e r i s t i ci m p e d a n c e .

T h e l o W- l o s s v o l t a g e - t u n a b l ed i e l e c t r i cl a y e r o f t h ep a r t i a l - s t a g eo f t h em a t c h i n gc i r c u i tm a y e c o m p r i s e do f t h es a m e t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l a s t h e t u n a b l e m i c r o Wa v ed e v i c e t o Which i t i s c o n n e c t e d ,o r i t m a y b e c o m p r i s e do fa d i f f e r e n t t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l . The a u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gc i r c u i tm a y b e b i a s e d W i t h t h e s a m e b i a s v o l t a g ea s t h e t u n a b l e m i c r o Wa v e d e v i c e t o Which t i s c o n n e c t e d , o ri t m a y have a s e p a r a t e b i a sv o l t a g e a p p l i e d . I f m o r e t h a n o n e

10

1 5

35

4 0

45

55

6 5

1 0t u n a b l e m a t e r i a li s u s e d , i e one t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a lf o r t h e microWave t u n a b l e d e v i c e a n d a n o t h e r f o r t h ep a r t i a l - s t a g e o f t h e m a t c h i n gc i r c u i t ,e a c h m a y h a v e i t s o W ns e p a r a t e b i a s v o l t a g e source o r use a common s h a r e d ) b i a sv o l t a g e s o u r c e .

As i s We l l knoWn t h e b a n d W i d t ho f t h e i m p e d a n c e

m a t c h i n gn e t Wo r kmay b e i m p r o v e db y a d d i t i o n a lm a t c h i n gs t a g e s . The a d d i t i o n a l m a t c h i n gs t a g e s m a y e a c h b e c o mp r i s e d o f a p a r t i a ls t a g e s u p p o r t e db y a t u n a b l e d i e l e c t r i cs u b s t r a t e i n s e r i e s W i t h a p a r t i a ls t a g e s u p p o r t e d by an o n - t u n a b l ed i e l e ct r i c s u b s t r a t e . The t u n a b l e d i e l e c t r i c s u bs t r a t es e c t i o n s f o r t h e a d d i t i o n a l m a t c h i n gs t a g e s m a y b ecomprised o f t h e s a m e t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l a s t h e ? r s tt u n a b l e p a r t i a l - s t a g e , o r i t m a y b e c o m p r i s e do f a d i f f e r e n tt u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l .

T h e m i c r o W a v em a t c h i n gs e c t i o n ,W h i c hi s s u p p o r t e db yt h e t u n a b l e d i e l e c t r i c s u b s t r a t e f o r t h e d u a l p u r p o s e o fr e d u c i n gs i g n a lr e ? e c t i o n sa n d p r o v i d i n gg o o dt r a n s m i s s i o nt o and f rom t h e microWave t r a n s m i s s i o nl i n e a p p l i c a t i o n a sWe l l a s c o n t r i b u t i n gt o t h e t u n a b i l i t y o f t h e a p p l i c a t i o n , m a yb e a p a r t i a l s t a g e l e s s t h a n a q u a r t e r Wa v e l e n g t h l o n g , o rmay i n c l u d e m o r e t h a n o n e match ing s e c t i o n a n d i s n o tl i m i t e d t o t h e use of o n e t u n a b l e d i e l e c t r i c s u b s t r a t e .

The b i a s i n g e l e c t r o d e m a y b e c o n n e c t e d t o t h e a u t oa d j u s t i n g m a t c h i n gc i r c u i tby Way o f a m i c r o W a v ec h o k es u c h a s a h i g h impedance t r a n s m i s s i o nl i n e ,o r by a h i g h l yi n d u c t i v eW i r ea t t a c h e dd i r e c t l yt o t h e a u t o - a d j u s t i n gm a t c hi n g c i r c u i ta t a n y p o i n t t h a ti s u l t i m a t e l y e l e c t r i c a l l yc o nn e c t e d t o t h ep a r t i a ls t a g e s u p p o r t e db y t h e t u n a b l e d i e l e ct r i c .

The ? r s t a n d s e c o n dg r o u n dc o n d u c t o r sa r e e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e d a n d i f b o t h a r e o f a p l a n a r c o n s t r u c t i o n , t h e ys h o u l d p r e f e r a b l y f o r m o n e c o n t i n u o u sg r o u n dp l a n e . T h en o n - t u n a b l em a t c h i n gs t a g e s a r e e l e c t r i c a l l yc o n n e c t e d t ot h e t u n a b l e p a r t i a l - s t a g e .

The o b j e c t i v e o f a matching netWork i s t o e n s u r e t h a t a

g u i d e d e l e c t r o m a g n e t i cWave e n t e r i n g o n e p o r t ( a s s u c hd e ? n e d a s t h e i n p u t p o r t ) W i l l e n t e r t h e microWave d e v i c ea n d l e a v e i t a t t h e o t h e r p o r t ( o u t p u t ) , W i t h m i n i m u mr e s i d u a l r e ? e c t i o n s a t e a c hp o r t .T h e g r o u n dp l a n e i s k e p t a tZ e r o v o l t a g e , W h i l e a v o l t a g e b i a s i s a p p l i e d t o t h e e l e ct r o d e s . The v o l t a g e b i a s c a u s e s a DC l e c t r i c ?eld a c r o s s t h ev o l t a g e t u n a b l ed i e l e c t r i c ,W h i c ha f f e c t st h e d i e l e c t r i cp e rm i t t i v i t yo f t h em e d i u m .S i n c e t h e c h a r a c t e r i s t i ci m p e d a n c eo f t h e m i c r o s t r i p i s i n v e r s e l yp r o p o r t i o n a lt o t h e s q u a r e r o o to f t h e e f f e c t i v e d i e l e c t r i cp e r m i t t i v i t yo f t h e m e d i u m a r o u n dt h e s t r i p ,t h e b i a s i n g v o l t a g e c a n b e u s e d t o c o n t r o l t h ec h a r a c t e r i s t i ci m p e d a n c eo f t h e a u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gn e t Wo r k . I n t h i s W a y , t h e c h a r a c t e r i s t i c impedance o f t h ei n v e n t i o n c a n b e c o n t r o l l e d by t h e v o l t a g e b i a s .The a d v a nt a g e s o f t h i s i n v e n t i o n a r e loW i n s e r t i o n l o s s a n d improvedb a n d W i d t ho p e r a t i o n f o r t u n a b l e d e v i c e s .

Tunable d i e l e c t r i c m a t e r i a l s have b e e n d e s c r i b e d i n s e v

e r a lp a t e n t s .B a r i u ms t r o n t i u m t i t a n a t e( B a T i O 3 S r T i O 3 ) ,a l s o r e f e r r e d t o a s B S TO i s u s e d f o r i t s h i g h d i e l e c t r i cc o n s t a n t ( 2 0 0 6 , 0 0 0 )a n d l a r g ec h a n g ei n d i e l e c t r i cc o n s t a n tW i t h a p p l i e d v o l t a g e ( 2 5 7 5p e r c e n t W i t h a ? e l d o f 2Vo l t s / m i c r o n ) .T u n a b l ed i e l e c t r i cm a t e r i a l si n c l u d i n gb a r i u ms t r o n t i u mt i t a n a t e a r e d i s c l o s e d i n U s . P a t . No. 5 , 4 2 7 , 9 8 8b y S e n g u p t a ,e t a l .e n t i t l e d C e r a m i cF e r r o e l e c t r i c Composi t e Material-BSTOMgO; US. P a t . N o . 5 , 6 3 5 , 4 3 4 b yS e n g u p t a ,e t a l . e n t i t l e d C e r a m i cF e r r o e l e c t r i c C o m p o s i t eMaterial-BSTOMagnesium B a s e dC o m p o u n d ;US. P a t .N o . 5 , 8 3 0 , 5 9 1b y S e n g u p t a ,e t a l . e n t i t l e d M u l t i l a y e r e dF e r r o e l e c t r i cC o m p o s i t eW a v e g u i d e s ;US. P a t .N o . 5 , 8 4 6 ,8 9 3 b y S e n g u p t a ,e t a l . e n t i t l e d T h i n F i l mF e r r o e l e c t r i c

8/13/2019 Us 6759918

13/14

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B21 1

C o m p o s i t e sa n d Method o f M a k i n g ;U S . P a t .N o . 5 , 7 6 6 ,6 9 7 b y S e n g u p t a ,e t a l . e n t i t l e dMethod o f Making T h i nF i l m C o m p o s i t e s ;US. P a t .N o . 5 , 6 9 3 , 4 2 9b y S e n g u p t a ,e ta l .e n t i t l e d E l e c t r o n i c a l l y G r a d e dM u l t i l a y e rF e r r o e l e c t r i cC o m p o s i t e s ;US. P a t .N o . 5 , 6 3 5 , 4 3 3b y S e n g u p t ae n t i t l e d C e r a m i cF e r r o e l e c t r i cC o m p o s i t eM a t e r i a l B S TO Z n O ;U S . P a t .N o . 6 , 0 7 4 , 9 7 1b y C h i u e t a l . e n t i t l e d CeramicF e r r o e l e c t r i c C o m p o s i t eM a t e r i a l s W i t h Enhanced E l e ct r o n i cP r o p e r t i e sBSTOMg a s e d C o m p o u n d - R a r eE a r t hO X i d e .T h e s ep a t e n t s a r ei n c o r p o r a t e dh e r e i n b y r e f e r e n c e .

The e l e c t r o n i c a l l y t u n a b l e m a t e r i a l s t h a t c a n b e u s e d i nt h e p r e s e n t i n v e n t i o n i n c l u d ea t l e a s t o n e e l e c t r o n i c a l l yt u n a b l e d i e l e c t r i c p h a s e , s u c h a s b a r i u ms t r o n t i u m t i t a n a t e ,i n combinat ion W i t h a t l e a s t tWo a d d i t i o n a l m e t a l o X i d ep h a s e s . B a r i u ms t r o n t i u m t i t a n a t eo f t h e f o r m u l aB a x S r 1 _x T I O 3i s a p r e f e r r e de l e c t r o n i c a l l y t u n a b l e d i e l e c t r i cm a t e r i a ld u e t o i t s f a v o r a b l e t u n i n g c h a r a c t e r i s t i c s , loW C u r i e t e mp e r a t u r e sa n d loW microWave l o s sp r o p e r t i e s . I n t h e f o r m u l aB a x S r 1 _ x T i O 3 .X c a n b e any v a l u e f rom 0 t o 1 , p r e f e r a b l yf rom a b o u t 0 . 1 5 t o a b o u t 0 . 6 . M o r e p r e f e r a b l y , X i s f rom 0 . 3t o 0 . 6 .

O t h e r e l e c t r o n i c a l l y t u n a b l e d i e l e c t r i cm a t e r i a l s m a y b eu s e d p a r t i a l l yo r e n t i r e l y i np l a c e o f b a r i u m s t r o n t i u mt i t a n a t e .An Xample i s B a x C a 1 _ x T i O 3 ,Where X i s i n a r a n g efrom a b o u t 0 . 2 t o a b o u t 0 . 8 ,p r e f e r a b l y from a b o u t 0 . 4 t oa b o u t 0 . 6 .A d d i t i o n a l e l e c t r o n i c a l l y t u n a b l e f e r r o e l e c t r i c si n c l u d e P b x Z r 1 _ x T i O 3( P Z T )Where X r a n g e sf r o ma b o u t0 . 0 5t o a b o u t 0 . 4 , l e a d l a n t h a n u mZ i r c o n i u mt i t a n a t e( P L Z T ) ,P b T i O 3 ,B a C a Z r T i O 3 ,N a N O 3 ,K N b O 3 ,L i N b O 3 ,L i T a O 3 ,P b N b Z O G ,P b T a 2 O 6 ,K S r ( N b O 3 )a n d N a B a 2 ( N b O 3 )5 K H 2 P O 4 .

I n a d d i t i o n , t h ef o l l o w i n g US. P a t e n t A p p l i c a t i o n s ,a s s i g n e d t o t h e a s s i g n e e o f t h i sa p p l i c a t i o n ,d i s c l o s e a d d it i o n a le X a m p l e so f t u n a b l e d i e l e c t r i cm a t e r i a l s : U . S . a p p l ic a t i o n S e r . N o . 0 9 / 5 9 4 , 8 3 7? l e d J u n . 1 5 , 2 0 0 0 , e n t i t l e d E l e c t r o n i c a l l y T u n a b l eC e r a m i cM a t e r i a l s I n c l u d i n gTuna b l e D i e l e c t r i c a n d M e t a l S i l i c a t eP h a s e s ;U S . a p p l i c a t i o nS e r .N o . 0 9 / 7 6 8 , 6 9 0? l e d J a n . 2 4 , 2 0 0 1 , e n t i t l e d E l e c t r o n ic a l l yT u n a b l e , LoW-Loss C e r a m i cM a t e r i a l s I n c l u d i n gaT u n a b l e D i e l e c t r i c P h a s e a n d M u l t i p l e M e t a l OXideP h a s e s ;US. a p p l i c a t i o nS e r .N o . 0 9 / 8 8 2 , 6 0 5? l e d J u n . 1 5 ,2 0 0 1 ,e n t i t l e d E l e c t r o n i c a l l yT u n a b l eD i e l e c t r i cC o m p o s i t eT h i c k F i l m s A n d Methods Of Making S a m e ;a n d U S .P r o v i s i o n a lA p p l i c a t i o nS e r i a lN o . 6 0 / 2 9 5 , 0 4 6? l e d J u n . 1 ,2 0 0 1 e n t i t l e d T u n a b l eD i e l e c t r i cC o m p o s i t i o n sI n c l u d i n gLoW oss G l a s s F r i t s .T h e s ep a t e n t a p p l i c a t i o n s a r e i n c o rp o r a t e d h e r e i nb y r e f e r e n c e .

The t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s can a l s o be c o m b i n e dWi t h o n e o r m o r e n o n - t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s . T h en o n - t u n a b l e p h a s e ( s ) m a y i n c l u d e MgO MgAl2O4M g T i O 3 ,M g 2 S i O 4 ,C a S i O 3 ,M g S r Z r T i O 6 ,C a T i O 3 ,A 1 2 0 3 ,S i O 2 a n d / o r o t h e r m e t a l s i l i c a t e ss u c h a s BaSiO3 a n dS r S i O 3 . T h e n o n - t u n a b l e d i e l e c t r i cp h a s e s m a y b e a n yc o m b i n a t i o n o f t h e a b o v e , e . g . , MgO combined W i t hM g T i O 3 ,MgO c o m b i n e dW i t h M g S r Z r T i O 6 ,MgO comb i n e d W i t h M g 2 S i O 4 ,MgO c o m b i n e dW i t h M g 2 S i O 4 ,Mg2SiO4 c o m b i n e dW i t h C a T i O 3a n d t h e l i k e .

A d d i t i o n a lminor a d d i t i v e s i n a m o u n t s o f f rom a b o u t 0 . 1t o a b o u t 5W e i g h tp e r c e n t c a n b e a d d e d t o t h e c o m p o s i t e st oa d d i t i o n a l l yi m p r o v et h e e l e c t r o n i cp r o p e r t i e so f t h e? l m s .These minor a d d i t i v e s i n c l u d e o X i d e ss u c h a s Z i r c o n n a t e s ,t a n n a t e s , r a r e e a r t h s , n i o b a t e s a n d t a n t a l a t e s .F o r e X a m p l e ,t h em i n o ra d d i t i v e s m a y i n c l u d e C a Z r O 3 , B a Z r O 3 ,S r Z r O 3 ,B a S n O 3 ,C a S n O 3 ,M g S n O 3 ,B i 2 O 3 / 2 S n O 2 ,N d 2 O 3 ,P r 7 O 1 1 ,Y b 2 O 3 ,H 0 2 0 3 ,L a 2 O 3 ,M g N b 2 O 6 ,S r N b 2 O 6 ,B a N b 2 O 6 ,M g T a 2 O 6 ,B a T a 2 O 6a n d Ta 2 O 3 .

10

1 5

20

25

3 0

35

4 0

45

50

55

60

6 5

1 2T h i c k? lms o f t u n a b l e d i e l e c t r i cc o m p o s i t e sc a n c o m p r i s e

B a 1 _ x S r x T i O 3 ,Where X i s f rom 0 . 3 t o 0 . 7 i n c o m b i n a t i o nW i t h a t l e a s t o n e n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i c p h a s e s e l e c t e d f romM g O ,M g T i O 3, M g Z r O 3 ,M g S r Z r T i O 6 , M g 2 S i O 4,C a S i O 3 ,M g A l 2 O 4 ,C a Ti O 3 ,A 1 2 0 3 ,S i O 2 ,B a S i O 3a n d S r S i O 3 .T h e s ecompos i t i ons c an be BSTO n d o n e o f t h e s e c o m p o n e n t s o rt Wo o r m o r e o f t h e s e c o m p o n e n t s i n q u a n t i t i e s f rom 0 . 2 5W e i g h tp e r c e n t t o 8 0 W e i g h tp e r c e n t W i t h BSTO W e i g h tr a t i o so f 9 9 . 7 5 W e i g h tp e r c e n t t o 2 0 W e i g h tp e r c e n t .

The e l e c t r o n i c a l l y t u n a b l e m a t e r i a l s c a n a l s o i n c l u d e a tl e a s t o n e m e t a l s i l i c a t ep h a s e . The m e t a l s i l i c a t e sm a yi n c l u d e m e t a l sf r o mG r o u p2 A f t h eP e r i o d i c Ta b l e ,i . e . ,B e ,Mg C a , S r , Ba a n d R a , p r e f e r a b l y Mg C a , S r a n d B a .P r e f e r r e dm e t a ls i l i c a t e si n c l u d e M g 2 S i O 4 ,C a S i O 3 ,B a S i O 3a n d S r S i O 3 . I n a d d i t i o n t o G r o u p2 A m e t a l s , t h e p r e s e n tm e t a l s i l i c a t e sm a y i n c l u d e m e t a l s f r o m G r o u p1 A , i . e . ,L i ,N a , K , R b ,C s a n d F r ,p r e f e r a b l yL i ,Na a n d K . F o r e X a m p l e ,such m e t a l s i l i c a t e s m a y i n c l u d e s o d i u m s i l i c a t e s such a sN a 2 S i O 3a n d NaSiO35H2O a n d l i t h i u m - c o n t a i n i n gs i l ic a t e s s u c h a s L i A l S i O 4 , L i 2 S i O 3a n d L i 4 S i O 4 .M e t a l sf r o mGroups 3 A 4A n d s o m e t r a n s i t i o n m e t a l s o f t h e P e r i o d i cT a b l e m a y a l s o b e s u i t a b l e c o n s t i t u e n t s o f t h e m e t a l s i l i c a t ep h a s e . A d d i t i o n a l m e t a ls i l i c a t e sm a y i n c l u d e A l 2 S i 2 O 7 ,Z r S i O 4 ,K a l S i 3 O 8 ,N a A l S i 3 O 8 ,C a A l 2 S i 2 O 8 ,C a M g S i 2 O 6 ,B a T i S i 3 O 9a n d Z n2 S i O 4 . T u n a b l ed i e l e c t r i cm a t e r i a l s i d e nt i ? e d a s ParascanTM m a t e r i a l s , a r e a v a i l a b l e f rom P a r a t e kMicroWave I n c . The a b o v e t u n a b l e m a t e r i a l sc a n b e t u n e da t r o o m t e m p e r a t u r eb y c o n t r o l l i n g a n e l e c t r i c ? e l d t h a t i sa p p l i e d a c r o s s t h e m a t e r i a l s .

I n a d d i t i o n t o t h e e l e c t r o n i c a l l y t u n a b l e d i e l e c t r i cp h a s e ,t h e e l e c t r o n i c a l l y t u n a b l e m a t e r i a l s can i n c l u d e a t l e a s t t Woa d d i t i o n a l m e t a l o X i d ep h a s e s . The a d d i t i o n a l m e t a l o X i d e sm a y i n c l u d e m e t a l s f r o m Group 2 A o f t h e P e r i o d i c Ta b l e ,i . e . ,M g ,C a , S r , B a , B e a n d R a , p r e f e r a b l yM g , C a , S r a n dB a . The a d d i t i o n a l m e t a l o X i d e s m a y a l s o i n c l u d e m e t a l sf r o mG r o u p1 A , i . e . ,L i ,N a , K , R b ,C s a n d F r ,p r e f e r a b l yL i ,N a a n d K . M e t a l sfrom o t h e r Groups o f t h e P e r i o d i c T a b l e

m a y a l s o b e s u i t a b l e c o n s t i t u e n t so f t h e m e t a l o X i d ep h a s e s .F o r e X a m p l e ,r e f r a c t o r ym e t a l ss u c ha sT i ,V C r ,Mn r , N b ,Mo H f , T a a n d W a y b e u s e d . F u r t h e r m o r e , m e t a l ss u c ha s A l , S i , S n , Pb a n d B i m a y b e u s e d . I n a d d i t i o n , t h e m e t a lo X i d ep h a s e s m a y c o m p r i s er a r e e a r t h m e t a l s s u c h a s S c , Y,L a , C e , P r , N d a n d t h e l i k e .

The a d d i t i o n a l m e t a l o X i d e s m a y i n c l u d e , f o r e X a m p l e ,Z i r c o n n a t e s ,s i l i c a t e s ,t i t a n a t e s ,a l u m i n a t e s ,s t a n n a t e s ,n i o b a t e s , t a n t a l a t e s a n d r a r e e a r t h o X i d e s . P r e f e r r e da d d it i o n a lm e t a l o X i d e s i n c l u d e M g 2 S i O 4 ,MgO C a T i O 3 ,M g Z r S r T i O 6 ,M g T i O 3 , M g A l 2 O 4 ,W O 3 ,S n T i O 4 ,Z r T i O 4 ,C a S i O 3 ,C a S n O 3 ,C a W O 4 ,C a Z r O 3 ,M g Ta 2 O 6 ,M g Z r O 3 ,M n O 2 ,P b O ,B i 2 O 3a n d L a 2 O 3 .P a r t i c u l a r l yp r e f e r r e da d d it i o n a lm e t a l o X i d e s i n c l u d e M g 2 S i O 4 ,MgO C a T i O 3 ,M g Z r S r T i O 6 ,M g T i O 3 , M g A l 2 O 4 ,M g T a 2 O 6a n d M g Z r O 3 .

T h e a d d i t i o n a l m e t a l o X i d e p h a s e s m a y a l t e r n a t i v e l yi n c l u d e a t l e a s ttWo M g - c o n t a i n i n gc o m p o u n d s .I n a d d i t i o nt o t h em u l t i p l eM g - c o n t a i n i n gc o m p o u n d s ,t h em a t e r i a lm a yo p t i o n a l l y i n c l u d eM g - f r e ec o m p o u n d s ,f o re X a m p l e ,o X i d e so f m e t a l s s e l e c t e d f r o mS i , C a , Z r ,T i ,Al a n d / o r r a r ee a r t h s .I n a n o t h e r e m b o d i m e n t ,t h e a d d i t i o n a l m e t a l o X i d e p h a s e sm a y i n c l u d e a s i n g l e M g - c o n t a i n i n gc o m p o u n d a n d a t l e a s to n e M g - f r e e c o m p o u n d ,f o r e X a m p l e ,o X i d e s o f m e t a l ss e l e c t e d f r o m S i , C a , Z r ,T i ,Al a n d / o r r a r ee a r t h s .

T h i s i n v e n t i o n p r o v i d e s m i n i m a l l o s s a u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gc i r c u i t sf o ra p p l i c a t i o n t o m i c r o W a v et r a n s m i s s i o nl i n e d e v i c e s t h a t u t i l i Z ea b i a s v o l t a g e f o r t u n i n g . Eache m b o d i m e n t o f t h e a u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n gc i r c u i ti s c o mp r i s e d o f a microWave t r a n s m i s s i o n l i n e c o n ? g u r a t i o n , a

8/13/2019 Us 6759918

14/14

U S 6 , 7 5 9 , 9 1 8B21 3

t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l , m e a n s f o r c o n n e c t i n g t o a b i a sv o l t a g e , a n d a n o n - t u n a b l el o W - l o s s d i e l e c t r i c m a t e r i a l . I no p e r a t i o n , t h ea u t o - a d j u s t i n gm a t c h i n g c i r c u i ti s p l a c e da d j a c e n t t o t h e t u n a b l e microWave d e v i c e i n o r d e r t o r e d u c et h e r e ? e c t i o n s f r o m i m p e d a n c e m i s m a t c h .

T h e i n v e n t i o n c o n t e m p l a t e sv a r i o u s d i e l e c t r i cm a t e r i a l s ,

t u n a b l e d i e l e c t r i cm a t e r i a l s ,t u n a b l e l i q u i dc r y s t a l s ,b i a sl i n eg e o m e t r i e s ,m a t c h i n gs t a g e s ,i m p e d a n c e so f m i c r o s t r i pl i n e s ,a n d o p e r a t i n g f r e q u e n c i e s o ft h ea u t o - a d j u s t i n gm a t c hi n g c i r c u i t .I t s h o u l d b e u n d e r s t o o d t h a t t h e f o r e g o i n gd i s c l o s u r e r e l a t e st o o n l y t y p i c a l e m b o d i m e n t so f t h e i n v e nt i o n a n d t h a t n u m e r o u s m o d i ? c a t i o n s o r a l t e r n a t i v e s may em a d e t h e r e i n by t h o s e s k i l l e d i n t h e a r t W i t h o u td e p a r t i n gf rom t h e s c o p e o f t h e i n v e n t i o n a s s e t f o r t h i n t h e a p p e n d e dc l a i m s .

W h a t i s c l a i m e d i s :1 .An i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i tc o m p r i s i n g :a ? r s tp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r ;a s e c o n dp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r ;a s t r i pc o n d u c t o r h a v i n ga n i n p u t p o r t a n d a n o u t p u tp o r t ,

a n d p o s i t i o n e d b e t W e e nt h e ? r s ta n d s e c o n d p l a n a r

g r o u n dc o n d u c t o r st o de?ne ? r s t a n d s e c o n dg a p s , t h e? r s tg a p b e i n g p o s i t i o n e d b e t W e e nt h es t r i pc o n d u c t o ra n d t h e ? r s tp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o ra n d t h e s e c o n dg a p b e i n g p o s i t i o n e d b e t W e e nt h es t r i pc o n d u c t o ra n dt h es e c o n dp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r ;

a n o n - t u n a b l ed i e l e c t r i c m a t e r i a l s u p p o r t i n gt h e ? r s t a n ds e c o n dp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r sa n d t h es t r i pc o n d u ct o r i n t h e s a m e p l a n e ;

a p l u r a l i t y o f ? r s t t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s e c t i o n sp o s i t i o n e d b e t W e e nt h en o n - t u n a b l ed i e l e c t r i cm a t e r i a la n d t h e s t r i pc o n d u c t o ra n d a p o r t i o n o f t h e ? r s t a n ds e c o n d p l a n a r g r o u n d c o n d u c t o r ss o a s t o b r i d g e t h eg a p s b e t W e e nt h e ? r s t a n d s e c o n dp l a n a r g r o u n d c o nd u c t o r s a n d t h e s t r i p c o n d u c t o r a t a p l u r a l i t y o fl o c a t i o n s ,l e a v i n gn o n - b r i d g e ds e c t i o n si n b e t We e n ,d e ? n i n g a p l u r a l i t yo f a l t e r n a t i n g b r i d g e d a n d n o nb r i d g e dWa v e g u i d es e c t i o n s ;a n d

a n a d j u s t a b l e DC v o l t a g e s o u r c e f o r a p p l y i n g a DCv o l t a g e b e t W e e nt h e s t r i pc o n d u c t o r a n d t h e ? r s t a n ds e c o n dp l a n a r g r o u n dc o n d u c t o r s .

2 . T h e i m p e d a n c e m a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m 1 ,W h e r e i nt h e? r s t a n d s e c o n d g a p s a r e narroWed a d j a c e n t t o s a i d b r i d g e ds e c t i o n s .

3 . T h e i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m 1 , W h e r e i ns a i d n o n - b r i d g e d s e c t i o n s a r e b r i d g e d by a p l u r a l i t yo fs e c o n d t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s e c t i o n s .

4 . T h e i m p e d a n c e m a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m3 , W h e r e i nt h e? r s t t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s e c t i o n s a n d t h e s e c o n dt u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s e c t i o nsi n c l u d e a t u n a b l e d i e l e c

t r i c l a y e ro f g r a d u a t e dt u n a b i l i t y .

1 5

25

35

4 0

45

1 45 . T h ei m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m1 , W h e r e i nt h e

? r s t t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s e c t i o n s i s a ba r ium s t r o nt i u m t i t a n a t ec o m p o s i t e .

6 . T h ei m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m5 , W h e r e i nt h e? r s t t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s e c t i o n s i n c l u d e a t u n a b l ep h a s e a n d a n o n - t u n a b l ep h a s e .

7 . T h ei m p e d a n c e m a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m6 , W h e r e i nt h en o n - t u n a b l ep h a s e i s a m e t a l o x i d e .

8 . T h ei m p e d a n c e m a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m6 , W h e r e i nt h en o n - t u n a b l ep h a s e i s a m e t a l s i l i c a t e .

9 . T h ei m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m1 , W h e r e i nt h e? r s t t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s e c t i o n s i n c l u d e a m a t e r i a ls e l e c t e d from t h e g r o u p o f :

B a x S r 1 _ x T i O 3 ,B a x C a 1 _ x T i O 3 ,P b x Z r 1 _ x T i O 3 ,l e a d l a n t h an u m Z i r c o n i u mt i t a n a t e ,P b T i O 3 ,B a C a Z r T i O 3 ,NaNO3K N b O 3 ,L i N b O 3 ,L i T a O 3 ,P b N b 2 O 6 ,P b Ta 2 O 6 ,K S r( N b O 3 )a n d N a B a 2 ( N b O 3 ) 5 K H 2 P O 4 .

1 0 .T h e i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m 9 , W h e r e i nt h e ? r s t t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s e c t i o nsf u r t h e r i n c l u d e am a t e r i a l s e l e c t e d from t h e g r o u p o f :

M g O ,M g A l 2 O 4 , M g T i O 3 ,M g 2 S i O 4 ,M g Z r O 3 ,C a S i O 3 ,M g S r Z r T i O 6 ,C a T i O 3 ,A 1 2 0 3 , S i O 2 ,B a S i O 3a n dS r S i O 3 ,a n d c o m b i n a t i o n st h e r e o f .

1 1 .T h e i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m 9 , W h e r e i nt h e ? r s t t u n a b l e d i e l e c t r i c m a t e r i a l s e c t i o n s f u r t he ri n c l u d e am a t e r i a l s e l e c t e d from t h e g r o u p o f :

Z i r c o n n a t e s , t a n n a t e s ,r a r e e a r t h s ,n i o b a t e s ,t a n t a l a t e s ,C a Z r O 3 ,B a Z r O 3 ,S r Z r O 3 ,B a S n O 3 ,C a S n O 3 ,M g S n O 3 ,B i 2 O 3 / 2 S n O 2 ,N d 2 O 3 ,P r 7 O 1 1 ,Y b 2 O 3 , H 0 2 0 3 ,L a 2 O 3 ,M g N b 2 O 6 ,S r N b 2 O 6 ,B a N b 2 O 6 ,M g Ta 2 O 6 ,B a Ta 2 O 6a n d Ta 2 O 3 .

1 2 .T h e i m p e d a n c e m a t c h i ngc i r c u i to f c l a i m 1 , W h e r e i ns a i d i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i tc a n maXimiZe t h e poWert r a n s f e r f r o m a m i c r o Wa v e source t o a tunab le m i c r o Wa v ed e v i c e .

1 3 .T h e i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m 1 2 , W h e r e i ns a i d t u n a b l e microWave d e v i c e i n c l u d e s a t u n a b l e p h a s es h i f t e r ,a t u n a b l e d e l a y l i n e o r a t u n a b l e ? l t e r .

1 4 .T h e i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m 1 2 , W h e r e i ns a i d t u n a b l e microWave d e v i c e o p e r a t e s i n a r a n g e f rom 500MHZ o 4 0 GHZ.

1 5 .T h e i m p e d a n c e m a t c h i ngc i r c u i to f c l a i m 1 , W h e r e i ns a i d i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i tc a n maXimiZe t h e poWert r a n s f e r t o a m i c r o Wa v e load f r o m a t u n a b l e m i c r o Wa v ed e v i c e .

1 6 .T h e i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m 1 5 , W h e r e i ns a i d t u n a b l e microWave d e v i c e i n c l u d e s a t u n a b l e p h a s es h i f t e r ,a t u n a b l e d e l a y l i n e o r a t u n a b l e ? l t e r .

1 7 .T h e i m p e d a n c em a t c h i n gc i r c u i to f c l a i m 1 5 , W h e r e i ns a i d t u n a b l e microWave d e v i c e o p e r a t e s i n a r a n g e f rom 500MHZ o 4 0 GHZ.