專(zhuān)利名稱(chēng)：對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器及其濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于微波通訊的諧振器以及由其構(gòu)成的帶通濾波器，特別是一種適用于微波通訊的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器及其濾波器，本濾波器可以用高溫超導(dǎo)薄膜制作而成。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)久以來(lái)，濾波器一直在電子信號(hào)的處理中起著極其重要的作用，它具有過(guò)濾使用信號(hào)和抑制干擾信號(hào)的功用。較理想的濾波器頻率特性應(yīng)當(dāng)是通帶內(nèi)能量的損耗盡量小，而在阻帶內(nèi)的能量衰減為盡可能大，通帶與阻帶間的過(guò)渡帶則應(yīng)盡可能的陡峭。隨著微波無(wú)線通信的快速發(fā)展，對(duì)濾波器的頻率特性提出了越來(lái)越高的要求。近年發(fā)展起來(lái)的高溫超導(dǎo)濾波器技術(shù)很好的適應(yīng)了這種需求，由于高溫超導(dǎo)薄膜的表面電阻極低，用高溫超導(dǎo)薄膜制作的微帶諧振器具有很高的品質(zhì)因子(Q值可達(dá)40000-100000)，所以采用高溫超導(dǎo)薄膜制成的微帶濾波器，具有極低的插入損耗及優(yōu)異的頻率選擇特性，同時(shí)微帶濾波器具有體積小，重量輕的特點(diǎn)。
對(duì)于半波長(zhǎng)諧振器式耦合微帶濾波器，其電路基本構(gòu)成一般為信號(hào)的輸入微帶、輸出微帶、多個(gè)產(chǎn)生諧振耦合的微帶諧振器，諧振器的有效長(zhǎng)度為中心頻率的半波長(zhǎng)，多極諧振器對(duì)相應(yīng)頻率電磁波的激勵(lì)和耦合傳輸作用而最終達(dá)到對(duì)微波信號(hào)的過(guò)濾處理。目前有多種成熟的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案以適應(yīng)不同的技術(shù)要求附圖1為典型的半波長(zhǎng)諧振器平行耦合型之帶通濾波器(parallel-coupled，half-wave resonator filter)。
附圖2為典型的發(fā)夾式半波長(zhǎng)諧振器(hairpin-resonator)之帶通濾波器，請(qǐng)參考E.G.Cristal and S.Frankel，“Hairpin-line andHybrid Hairpin-Line/Half-Wave Parallel-Coupled-Line Filters”，IEEE Trams.MTT，vol.MTT-20，pp.719-728，(November 1972)，這種結(jié)構(gòu)可以近似看作附圖1所示結(jié)構(gòu)的變形，其每個(gè)諧振器的有效長(zhǎng)度仍為半波長(zhǎng)。在此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，濾波器里的諧振器方向是上、下交替輪換，這種結(jié)構(gòu)使得諧振器間有很強(qiáng)的耦合效應(yīng)，適合制作寬帶的濾波器，若用于制作窄帶濾波器、則濾波器會(huì)需要相當(dāng)大的空間；附圖3為另一種發(fā)夾式諧振器之濾波器結(jié)構(gòu)，請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)于M.Sagawa，K.Takahashi，and M.Makimoto，“Miniaturized Hairpin ResonatorFilters and their Application to Receiver Front-End MIC’s”，IEEETrams.MTTvol.37，pp.1991-1997(December 1998)，此種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，諧振器開(kāi)口的前端被縮短、且產(chǎn)生很強(qiáng)的電容效應(yīng)，諧振器顯示出半塊狀(semi-lumped)性質(zhì)、即上端(開(kāi)口端)顯出電容性效應(yīng)，下端顯出電感性效應(yīng)。這種濾波器結(jié)構(gòu)的諧振器方向都是同向，為了縮短整個(gè)諧振器長(zhǎng)度，可以將諧振器的電容部分增大、而將電感部分縮小，但它的品質(zhì)因子(Q值)就會(huì)隨著這樣的調(diào)整而降低；附圖4為一種發(fā)夾梳型(Hairpin-Comb)半波長(zhǎng)諧振器之濾波器，此種濾波器所包含諧振器之方向皆相同，每個(gè)諧振器有效總長(zhǎng)度為半波長(zhǎng)，此種結(jié)構(gòu)之濾波器適合制作窄帶(narrow-band)濾波器，即相對(duì)帶寬(濾波器通帶寬度/濾波器中心頻率)小于1％的濾波器，請(qǐng)參考George L.Matthaei，US Patent Number 5，888，942(Mar.30，1999)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種新型結(jié)構(gòu)的諧振器及由其構(gòu)成的帶通濾波器。諧振器采用對(duì)稱(chēng)的雙螺旋微帶線結(jié)構(gòu)，由其構(gòu)成的濾波器具有較小的體積尺寸，極高的通帶選擇性，極高的雜訊抑制能力等特點(diǎn)，適合使用具有高品質(zhì)因子的高溫超導(dǎo)薄膜制作高溫超導(dǎo)微波濾波器。
本發(fā)明提出的一種對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器，其特征在于它是由兩組以螺旋形式結(jié)構(gòu)排列呈線性對(duì)稱(chēng)且連接成一體的微帶線組成。微帶線的兩個(gè)端口分別位于兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)的中間。
上述所說(shuō)的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器的兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)中微帶線旋繞的匝數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要而確定。
上述所說(shuō)的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器的形狀可為不同的形狀，包括長(zhǎng)方形、帶有圓角的長(zhǎng)方形、正方形、帶有圓角的正方形。
本發(fā)明提出的一種基于上述對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器所構(gòu)成的濾波器，其特征在于它是由輸入微帶、輸出微帶和由多個(gè)對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器組成的諧振器陣組成。
上述所說(shuō)的濾波器中之對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器依次平行排列，其極數(shù)可以根據(jù)實(shí)際的需要而確定，諧振器的方向可以上下交替，可以為同一方向，可以排列成諧振器陣整體為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的方向，也可以排列成諧振器陣整體為線性對(duì)稱(chēng)的方向。
上述所說(shuō)的濾波器中之對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器在平行排列時(shí)，諧振器的位置可以與相鄰諧振器平齊，也可以不平齊。
上述所說(shuō)的濾波器中之輸入微帶、輸出微帶各自與諧振器陣中最鄰近的諧振器關(guān)系可以為直接激勵(lì)關(guān)系，也可以為耦合激勵(lì)關(guān)系。
上述所說(shuō)的濾波器可用金屬薄膜制作，更適合使用具有高品質(zhì)因子的高溫超導(dǎo)薄膜制作。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于1、對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器構(gòu)成的濾波器具有很好的頻率選擇性和阻帶抑制特性；2、對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)可以縮小諧振器的尺寸，使濾波器結(jié)構(gòu)更加緊湊；3、減弱了非相鄰諧振器間的耦合作用，使電路設(shè)計(jì)和調(diào)整更簡(jiǎn)單；4、本發(fā)明不僅可以用于傳統(tǒng)的平面型普通金屬微帶濾波器，更適用于制造具有高品質(zhì)因子的高溫超導(dǎo)濾波器。


附圖1為現(xiàn)有典型的半波長(zhǎng)諧振器平行耦合型濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為現(xiàn)有典型的發(fā)夾式半波長(zhǎng)諧振器之濾波器結(jié)構(gòu)示意圖，其中發(fā)夾式諧振器的方向交替呈現(xiàn)相反方向。
附圖3為現(xiàn)有半塊狀(semi-lumped)發(fā)夾式諧振器之濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4為現(xiàn)有發(fā)夾式梳型濾波器結(jié)構(gòu)示意圖，其發(fā)夾式諧振器之方向皆同向。
附圖5為本發(fā)明所涉一種對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖6為本發(fā)明所涉一種基于對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器所構(gòu)成的輸入輸出采用直接激勵(lì)的6極濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖7為本發(fā)明所涉一種基于對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器所構(gòu)成的輸入輸出采用耦合激勵(lì)的6極濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖8為本發(fā)明所涉一種基于對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器所構(gòu)成的濾波器的頻率特性圖。濾波器的極數(shù)設(shè)計(jì)為8極，輸入輸出采用直接激勵(lì)模式。
其中10為諧振器平行耦合型濾波器，11為耦合諧振器，12為信號(hào)輸入微帶，13為信號(hào)輸出微帶；20為發(fā)夾式諧振器之濾波器，21為發(fā)夾式諧振器，22為信號(hào)輸入微帶，23為信號(hào)輸出微帶，24為發(fā)夾式諧振器的開(kāi)口端，25為發(fā)夾式諧振器的轉(zhuǎn)折端；30為半塊狀(semi-lumped)式諧振器之濾波器，31為半塊狀諧振器，32為信號(hào)輸入微帶，33為信號(hào)輸出微帶，34為半塊狀諧振器的開(kāi)口端(電容效應(yīng)端)，35為半塊狀諧振器的轉(zhuǎn)折端(電感效應(yīng)端)；40為發(fā)夾式梳型濾波器，41為發(fā)夾式諧振器，42為信號(hào)輸入微帶，43為信號(hào)輸出微帶，44為發(fā)夾式諧振器的開(kāi)口端，45為發(fā)夾式諧振器的轉(zhuǎn)折端；50為長(zhǎng)方形對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器，A-A`為諧振器的線性對(duì)稱(chēng)面，50a、50b分別為諧振器的兩個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)，51a、51b分別為諧振器微帶的兩個(gè)端口，52為微帶線，53為微帶線間的間隙，54為諧振器的開(kāi)口，55為帶圓角的長(zhǎng)方形對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器；60為直接激勵(lì)型6極濾波器，61為信號(hào)輸入微帶，62為信號(hào)輸出微帶，63為相鄰諧振器間的間隙；70為耦合激勵(lì)型6極濾波器，71為信號(hào)輸入微帶，72為信號(hào)輸出微帶，73為相鄰諧振器間的間隙，74為輸入微帶與第一個(gè)諧振器間的耦合間隙，75為輸出微帶與最后一個(gè)諧振器間的耦合間隙；80a為直接激勵(lì)型8極對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)濾波器的頻率特性圖，80b為濾波器通帶頻率特性的放大圖，81為濾波器的頻率響應(yīng)S21曲線，82為濾波器的頻率響應(yīng)S11曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明提出的一種對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器50，其特征在于它是由兩組以螺旋形式結(jié)構(gòu)50a、50b排列呈線性對(duì)稱(chēng)且連接成一體的微帶線52組成。微帶線52的兩個(gè)端口51a、51b分別位于兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)50a、50b的中間。
上述所說(shuō)的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器50的兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)50a、50b中微帶線52旋繞的匝數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要而確定。
上述所說(shuō)的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器的形狀可為不同的形狀，包括長(zhǎng)方形、帶有圓角的長(zhǎng)方形、正方形、帶有圓角的正方形。
本發(fā)明提出的一種基于上述對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器50所構(gòu)成的濾波器60，其特征在于它是由輸入微帶61、輸出微帶62和由多個(gè)對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器50組成的諧振器陣組成。
上述所說(shuō)的濾波器60中之對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器50依次平行排列，其極數(shù)可以根據(jù)實(shí)際的需要而確定，諧振器50的方向可以上下交替，可以為同一方向，可以排列成諧振器陣整體為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的方向，也可以排列成諧振器陣整體為線性對(duì)稱(chēng)的方向。
上述所說(shuō)的濾波器60中之對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器50在平行排列時(shí)，諧振器50的位置可以與相鄰諧振器平齊，也可以不平齊。
上述所說(shuō)的濾波器60之輸入微帶61、輸出微帶62各自與諧振器陣中最鄰近的諧振器50關(guān)系可以為直接激勵(lì)關(guān)系。
上述所說(shuō)的濾波器60可用具有高品質(zhì)因子的高溫超導(dǎo)薄膜制作。
實(shí)施例2上述所說(shuō)的濾波器60也可用金屬薄膜制作。
實(shí)施例3上述所說(shuō)的濾波器70之輸入微帶71、輸出微帶72各自與諧振器陣中最鄰近的諧振器50關(guān)系可以為耦合激勵(lì)關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器，其特征在于它是由兩組以螺旋形式結(jié)構(gòu)排列呈線性對(duì)稱(chēng)且連接成一體的微帶線組成。微帶線的兩個(gè)端口分別位于兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)的中間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器，其特征在于所說(shuō)的兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)中微帶線旋繞的匝數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要而確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器，其特征在于所說(shuō)諧振器的形狀可為不同的形狀，包括長(zhǎng)方形、帶有圓角的長(zhǎng)方形、正方形、帶有圓角的正方形。
4.一種基于如權(quán)利要求1所說(shuō)的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器所構(gòu)成的濾波器，其特征在于它是由輸入微帶、輸出微帶和由多個(gè)對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器組成的諧振器陣組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所說(shuō)的一種基于如權(quán)利要求1所說(shuō)的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器所構(gòu)成的濾波器，其特征在于所說(shuō)的濾波器中之對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器依次平行排列，其極數(shù)可以根據(jù)實(shí)際的需要而確定，諧振器的方向可以上下交替，可以為同一方向，可以排列成諧振器陣整體為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的方向，也可以排列成諧振器陣整體為線性對(duì)稱(chēng)的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所說(shuō)的一種基于如權(quán)利要求1所說(shuō)的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器所構(gòu)成的濾波器，其特征在于所說(shuō)的濾波器中之對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器在平行排列時(shí)，諧振器的位置可以與相鄰諧振器平齊，也可以不平齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所說(shuō)的一種基于如權(quán)利要求1所說(shuō)的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器所構(gòu)成的濾波器，其特征在于所說(shuō)的濾波器中之輸入微帶、輸出微帶各自與諧振器陣中最鄰近的諧振器關(guān)系可以為直接激勵(lì)關(guān)系，也可以為耦合激勵(lì)關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所說(shuō)的一種基于如權(quán)利要求1所說(shuō)的對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器所構(gòu)成的濾波器，其特征在于所說(shuō)的濾波器可用金屬薄膜制作，更適合使用具有高品質(zhì)因子的高溫超導(dǎo)薄膜制作。
全文摘要
一種對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器及由其構(gòu)成的帶通濾波器，其特征在于諧振器是由兩組以螺旋形式結(jié)構(gòu)排列呈線性對(duì)稱(chēng)且連接成一體的微帶線組成；濾波器是由輸入微帶、輸出微帶和由多個(gè)對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)諧振器組成的諧振器陣組成。本發(fā)明的優(yōu)越性在于濾波器具有很好的頻率選擇性和阻帶抑制特性，對(duì)稱(chēng)雙螺旋結(jié)構(gòu)可以縮小諧振器的尺寸，減弱了非相鄰諧振器間的耦合作用，使電路設(shè)計(jì)和調(diào)整更簡(jiǎn)單，本發(fā)明不僅可以用普通金屬制作傳統(tǒng)的平面型微帶濾波器，更適用于制造具有高品質(zhì)因子的高溫超導(dǎo)濾波器。
文檔編號(hào)H01P7/08GK1622389SQ20031010708
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2003年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月24日
發(fā)明者季來(lái)運(yùn), 陳勤文 申請(qǐng)人:海泰超導(dǎo)通訊科技(天津)有限公司