專利名稱：一種二維片狀雙模諧振器、濾波器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微帶濾波器，尤其涉及一種二維片狀雙模濾波器及其制造方法。
背景技術：
微波工程中，微帶諧振器可以組成不同階數(shù)的微帶濾波器，一種無源器件，廣泛使 用在許多微波電路和系統(tǒng)中，用來選擇特定頻率的信號。高溫超導濾波器是用高溫超導材料制成的一種平面器件，它是由若干個平面諧振 器按一定規(guī)則排列而成的。相比常規(guī)材料，它具有低差入損耗，高帶外抑制和頻率選擇特 性，可大大提高系統(tǒng)的靈敏度，但是高溫超導濾波器的功率承受能力很差。一種解決的方式 是使用二維片狀的諧振器，由于二維片狀諧振器的面積很大，很難做高階濾波器，從而濾波 器的頻率選擇特性很差。利用雙模技術可以在同一個諧振器里激發(fā)兩種簡并諧振模式，大 大減小濾波器的尺寸。因此二維片狀雙模諧振器被認為是一種解決高溫超導濾波器功率承受能力差的 方案。但是對于二維片狀雙模諧振器的兩個簡并諧振模式的諧振頻率難以調(diào)整、兩個簡并 諧振模式之間的耦合系數(shù)難以控制，尤其帶寬小于1 %的窄帶濾波器，較難獲得好的濾波響應。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術問題，本發(fā)明提供了一種二維片狀雙模諧振器、濾波器及其 制造方法，能夠使二維片狀雙模諧振器的簡并諧振模式的諧振頻率和兩種簡并諧振模式之 間的耦合系數(shù)達到預設標準。本發(fā)明公開了一種二維片狀雙模諧振器，包括用于激發(fā)兩種簡并諧振模式的諧振 器組件，所述二維片狀雙模諧振器還包括—個或多個用于調(diào)節(jié)所述簡并諧振模式的諧振頻率和所述兩種簡并諧振模式之 間的耦合系數(shù)到預設標準的調(diào)節(jié)組件，所述調(diào)節(jié)組件為一維或二維圖形，同所述諧振器組件位于同一平面。所述調(diào)節(jié)組件的形狀為三角形、方形、多邊形、或圓形。所述調(diào)節(jié)組件為雙折線或單折線。所述調(diào)節(jié)組件為實心或空心。所述調(diào)節(jié)組件的面積小于所述諧振器組件面積的50%。所述調(diào)節(jié)組件同所述諧振器組件材料相同。本發(fā)明還公開了一種二維片狀雙模濾波器，所述濾波器包括二維片狀雙模諧振 器；所述二維片狀雙模諧振器，包括用于激發(fā)兩種簡并諧振模式的諧振器組件，以及 一個或多個用于調(diào)節(jié)所述簡并諧振模式的諧振頻率和所述兩種簡并諧振模式之間的耦合 系數(shù)到預設標準的調(diào)節(jié)組件，所述調(diào)節(jié)組件為一維或二維圖形，同所述諧振器組件位于同一平面。所述調(diào)節(jié)組件的形狀為三角形、方形、多邊形、或圓形。所述調(diào)節(jié)組件為雙折線或單折線。所述調(diào)節(jié)組件為實心或空心。所述調(diào)節(jié)組件的面積小于所述諧振器組件面積的50%。所述調(diào)節(jié)組件同所述諧振器組件材料相同。本發(fā)明還公開了一種二維片狀雙模諧振器的制造方法，包括形成用于激發(fā)兩種簡 并諧振模式的諧振器組件，并同時形成一個或多個調(diào)節(jié)組件于所述諧振器組件所在平面， 以調(diào)節(jié)所述簡并諧振模式的諧振頻率和所述兩種簡并諧振模式之間的耦合系數(shù)到預設標 準；所述調(diào)節(jié)組件為一維或二維圖形。所述調(diào)節(jié)組件的形狀為三角形、方形、多邊形、或圓形。所述調(diào)節(jié)組件為雙折線或單折線。所述調(diào)節(jié)組件為實心或空心。所述調(diào)節(jié)組件的面積小于所述諧振器組件面積的50%。所述調(diào)節(jié)組件同所述諧振器組件材料相同。本發(fā)明有益效果在于，通過在現(xiàn)有二維片狀雙模諧振器所在平面上形成調(diào)節(jié)組 件，能夠有效的調(diào)節(jié)雙模濾波器的基本諧振單元的簡并諧振模式諧振頻率和兩種簡并諧振 模式之間的的耦合系數(shù)；并且本發(fā)明簡便，直觀、調(diào)節(jié)效率高，可以縮短二維雙模濾波器的 設計時間；本發(fā)明不僅適用于超導濾波器還適用于常規(guī)平面金屬微帶濾波器。


圖1是本發(fā)明的二維片狀雙模諧振器的實施例1的結構圖；圖2是本發(fā)明的二維片狀雙模諧振器的實施例2的結構圖；圖3是本發(fā)明的二維片狀雙模諧振器的實施例3的結構圖；圖4是本發(fā)明的二維片狀雙模諧振器的實施例4的結構圖；圖5是本發(fā)明的二維片狀雙模諧振器的實施例5的結構圖；圖6是本發(fā)明的4階二維片狀雙模濾波器的具體實施例的結構圖；圖7是現(xiàn)有技術的4階二維片狀雙模濾波器的反射響應仿真結果圖；圖8是現(xiàn)有技術的4階二維片狀雙模濾波器的工作頻段內(nèi)的電流分布結果圖；圖9是本發(fā)明的4階二維片狀雙模濾波器的仿真和實際濾波器測試結果圖；圖10是本發(fā)明的4階二維片狀雙模濾波器的工作頻段內(nèi)的電流分布結果圖；圖11是本發(fā)明的6階二維片狀雙模濾波器的具體實施例的結構圖；圖12是本發(fā)明的8階二維片狀雙模濾波器的具體實施例的結構圖；圖13是本發(fā)明的12階二維片狀雙模濾波器的具體實施例的結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。本發(fā)明的二維片狀雙模諧振器，包括用于激發(fā)兩種簡并諧振模式的諧振器組件和一個或多個用于調(diào)節(jié)所述簡并諧振模式的諧振頻率和兩種簡并諧振模式之間的耦合系數(shù) 到預設標準的調(diào)節(jié)組件，所述調(diào)節(jié)組件為一維或二維圖形，同所述諧振器組件位于同一平調(diào)節(jié)組件的面積小于所述諧振器組件面積的50%。所述調(diào)節(jié)組件同所述諧振器組 件材料相同。諧振器組件為現(xiàn)有技術中的二維片狀雙模諧振器。實施例1如圖1所示，在實施例1中諧振器組件為切角正方形雙模諧振器101，該切角正方 形雙模諧振器101激發(fā)兩種簡并諧振模式，分別為第一模式1和第二模式2。調(diào)節(jié)組件為矩 形組件102，位于切角正方形雙模諧振器101的在下的橫向邊的一側，矩形組件102的長邊 和短邊分別同切角正方形雙模諧振器101的橫向邊和豎向邊平行。參數(shù)a表示矩形的長的大小，參數(shù)b表示矩形的寬的大小。參數(shù)g表示矩形組件 102在上的長邊到切角正方形雙模諧振器101在下的橫向邊的距離，參數(shù)d表示矩形組件 102在右的短邊距切角正方形雙模諧振器101在右的豎向邊的距離。改變參數(shù)a和參數(shù)b的值調(diào)整矩形組件102的大小，并且調(diào)整參數(shù)g和參數(shù)d的 值，調(diào)整矩形組件102相對于切角正方形雙模諧振器101的位置。通過上述調(diào)整確定矩形 組件102的大小和位置，以使切角正方形雙模諧振器101中第一模式1和第二模式2的諧 振頻率和兩個簡并諧振模式之間的耦合系數(shù)達到預設標準。實施例2如圖2所示，在實施例2中諧振器組件為切角正方形雙模諧振器201，該切角正方 形雙模諧振器201激發(fā)兩種簡并諧振模式，為第一模式1和第二模式2。調(diào)節(jié)組件為雙折線 組件202，位于切角正方形雙模諧振器201的在右豎向邊一側，雙折線組件202的橫向邊和 豎向邊分別同切角正方形雙模諧振器201的橫向邊和豎向邊平行。實施例3如圖3所示，在實施例3中諧振器組件為切角正方形雙模諧振器301，該切角正方 形雙模諧振器301激發(fā)兩種簡并諧振模式，為第一模式1和第二模式2。調(diào)節(jié)組件為菱形組 件302，位于切角正方形雙模諧振器301的斜邊一側。菱形組件302的一條邊同切角正方形 雙模諧振器301的斜邊平行。實施例4如圖4所示，在實施例4中諧振器組件為空心圓角正方形雙模諧振器401，該空心 圓角正方形雙模諧振器401激發(fā)兩種簡并諧振模式，為第一模式1和第二模式2。具有兩個 調(diào)節(jié)組件，分別為組件402和矩形組件403。組件402由一個矩形和兩個半圓形組成。組 件402位于空心圓角正方形雙模諧振器401的在左豎向邊一側，組件402中矩形的邊同空 心圓角正方形雙模諧振器401的豎向邊平行。矩形組件403位于空心圓角正方形雙模諧振 器401的在上橫向邊一側，矩形組件403長邊同空心圓角正方形雙模諧振器401的橫向邊 平行。實施例5如圖5所示，在實施例5中諧振器組件為切角正三角形雙模諧振器501，該切角正 三角形雙模諧振器501激發(fā)兩種簡并諧振模式，表示為第一模式1和第二模式2。具有兩個調(diào)節(jié)組件，分別為第一菱形組件502和第二菱形組件503。第一菱形組件502位于切角正三 角形雙模諧振器501的一個腰的一側，第一菱形組件502的一邊同切角正三角形雙模諧振 器501的底邊平行。第二菱形組件503位于切角正三角形雙模諧振器501的另一個腰的一 側，第二菱形組件503的一邊同切角正三角形雙模諧振器501的底邊平行。本發(fā)明的二維片狀雙模濾波器包括二維片狀雙模諧振器。二維片狀雙模諧振器包 括用于激發(fā)兩種簡并諧振模式的諧振器組件和一個或多個用于調(diào)節(jié)所述簡并諧振模式的 頻率和兩種簡并諧振模式之間的耦合系數(shù)到預設標準的調(diào)節(jié)組件，所述調(diào)節(jié)組件為一維或 二維圖形，同所述諧振器組件位于同一平面。調(diào)節(jié)組件的面積小于所述諧振器組件面積的 50%。所述調(diào)節(jié)組件同所述諧振器組件材料相同。該濾波器為超導濾波器或常規(guī)平面金屬 微帶濾波器。如圖6所示，以切比雪夫4階濾波器為例子，該濾波器包括兩個諧振器。每個諧振 器具有一個在角上被切除掉一塊等腰直角三角形的正方形諧振器作為該諧振器的諧振器 組件，兩個切角正方形雙模諧振器分別為第一諧振器組件611和第二諧振器組件621。第一諧振器組件611激發(fā)兩種簡并諧振模式。在第一諧振器組件611的在左豎向 邊一側形成第一調(diào)節(jié)組件612。第一調(diào)節(jié)組件612為矩形，其長邊同第一諧振器組件611的 豎向邊平行。第一諧振器組件611的切角的局部放大圖標記為613，參數(shù)c2用于表示切角大小。 d2表示第一諧振器組件611和第二諧振器組件621間距離。第二諧振器組件621激發(fā)兩種簡并諧振模式。在第二諧振器組件621的在右豎向 邊一側形成第二調(diào)節(jié)組件622。第二調(diào)節(jié)組件622為矩形，其長邊同第二諧振器組件621的 豎向邊平行。該濾波器還包括兩條輸入輸出耦合線。第一調(diào)節(jié)組件612的長邊的大小表示為a2，第一調(diào)節(jié)組件612在右的長邊距離第 一諧振器組件611的在左的豎向邊的距離表示為參數(shù)&。調(diào)整參數(shù)a2和&確定第一調(diào)節(jié) 組件612的大小和位置，以使該濾波器的簡并諧振模式的諧振頻率和每個諧振器組件的兩 種簡并諧振模式之間的耦合系數(shù)達到預設標準。未包含調(diào)節(jié)組件的4階二維片狀雙模濾波器反射響應的仿真結果和工作頻段內(nèi) 的電流分布分別如圖7和圖8所示。上述實施例中的濾波器反射響應仿真結果和實際測試 結果，以及電流分布分別如圖9和圖10所示。其中仿真軟件為sonnet。在加入調(diào)節(jié)組件前濾波器的反射響應較差，在濾波器通帶內(nèi)的反射小于_3dB，如 圖7所示，在加入調(diào)節(jié)組件后，選擇合適的參數(shù)后使濾波器的反射響應得到優(yōu)化，在濾波器 通帶內(nèi)的反射小于-15dB，如圖9所示。如仿真的電流分布圖所示，圖8和圖10中越亮表示 電流密度越大，圖10電流分布均勻形成一個圓從而整體降低了電流密度，而圖8中電流分 布不均勻導致局部電流密度遠高于平均密度。本發(fā)明6階雙模濾波器如圖11所示，具有三個諧振器，分別為第一諧振器，第二諧 振器和第三諧振器；第一諧振器和第二諧振器為本發(fā)明諧振器，第三諧振器為現(xiàn)有技術諧 振器。第一諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1111，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第一模式1和第二模式2 ；第一諧振器的調(diào)節(jié)組件1112由矩形和半圓形組成，位于切角正方形雙模諧振器1111的在左的豎向邊一側，調(diào)節(jié)組件1112的矩形的邊同切角正 方形雙模諧振器1111的豎向邊平行。第二諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1121，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第三模式3和第四模式4 ；第二諧振器具有兩個調(diào)節(jié)組件，調(diào)節(jié)組件1122和調(diào)節(jié) 組件1123。調(diào)節(jié)組件1122為矩形，位于切角正方形雙模諧振器1121的在上的橫向邊一側， 調(diào)節(jié)組件1122的長邊同切角正方形雙模諧振器1121的橫向邊平行。調(diào)節(jié)組件1123為三角 形，位于切角正方形雙模諧振器1121的斜邊一側，調(diào)節(jié)組件1123的一條邊同該斜邊平行。第三諧振器為現(xiàn)有技術中的諧振器，其不包括調(diào)節(jié)組件，第三諧振器為切角正方 形雙模諧振器1131。本發(fā)明8階雙模濾波器如圖12所示，具有四個諧振器，分別為第四諧振器，第五諧 振器、第六諧振器和第七諧振器。第四諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1211，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第一模式1和第二模式2 ；第四諧振器的調(diào)節(jié)組件1212由矩形和半圓形組成，位 于切角正方形雙模諧振器1211的在左的豎向邊一側，矩形的邊同切角正方形雙模諧振器 1211的豎向邊平行。第五諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1221，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第三模式3和第四模式4 ；第五諧振器的調(diào)節(jié)組件1222為矩形，位于切角正方 形雙模諧振器1121的在上的橫向邊一側，調(diào)節(jié)組件1222的短邊同切角正方形雙模諧振器 1221的豎向邊平行。第六諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1231，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第五模式5和第六模式6 ；第六諧振器的調(diào)節(jié)組件1232為圓角空心矩形，位于切 角正方形雙模諧振器1231的在左的豎向邊一側，調(diào)節(jié)組件1232的矩形的長邊同切角正方 形雙模諧振器1231的豎向邊平行。第七諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1241，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第七模式7和第八模式8 ；第七諧振器的調(diào)節(jié)組件1242為單折線，位于切角正方 形雙模諧振器1241的在上的橫向邊一側，調(diào)節(jié)組件1242的長邊同切角正方形雙模諧振器 1241的橫向邊平行。本發(fā)明12階雙模濾波器如圖13所示，具有六個諧振器，分別為第八諧振器，第九 諧振器、第十諧振器、第十一諧振器、第十二諧振器和第十三諧振器；第十三諧振器為現(xiàn)有 技術諧振器，其他諧振器為本發(fā)明諧振器。第八諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1311，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第一模式1和第二模式2 ；第八諧振器的調(diào)節(jié)組件1312由矩形和半圓形組成，位 于切角正方形雙模諧振器1311的在左的豎向邊一側，調(diào)節(jié)組件1312的矩形邊同切角正方 形雙模諧振器1311的豎向邊平行。第九諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1321，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第三模式3和第四模式4 ；第九諧振器的調(diào)節(jié)組件1322為矩形，位于切角正方 形雙模諧振器1321的在上的橫向邊一側，調(diào)節(jié)組件1322的長邊同切角正方形雙模諧振器 1321的橫向邊平行。第十諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1331，激發(fā)兩種簡并諧振模式，分別為第五模式5和第六模式6 ；第十諧振器的調(diào)節(jié)組件1332為等腰直角三角形，位于 切角正方形雙模諧振器1331的在上的橫向邊一側，調(diào)節(jié)組件1332的一直角邊同切角正方 形雙模諧振器1331的豎向邊平行。第十一諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1341，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第七模式7和第八模式8 ；第十一諧振器的調(diào)節(jié)組件1342為空心橢圓形，位于切 角正方形雙模諧振器1341的在下的橫向邊一側，調(diào)節(jié)組件1342的長軸同切角正方形雙模 諧振器1341的橫向邊平行。第十二諧振器的諧振器組件為切角正方形雙模諧振器1351，激發(fā)兩種簡并諧振模 式，分別為第九模式9和第十模式10 ；第十二諧振器的調(diào)節(jié)組件1352為單折線，位于切角 正方形雙模諧振器1351的在下橫向邊一側，調(diào)節(jié)組件1352的長邊同切角正方形雙模諧振 器1351的橫向邊平行。第十三諧振器為切角正方形雙模諧振器1361，激發(fā)兩種簡并諧振模式，分別為第 十一模式11和第十二模式12。本發(fā)明的二維片狀雙模諧振器的制造方法，包括形成用于激發(fā)兩種簡并諧振模式 的諧振器組件，并形成一個或多個調(diào)節(jié)組件于所述諧振器組件所在平面，以調(diào)節(jié)所述簡并 諧振模式的諧振頻率和所述兩種簡并諧振模式之間的耦合系數(shù)到預設標準。本發(fā)明中的超導微帶諧振器是按常用工藝制作的，即按光刻、干法刻蝕、切割、組 裝等工藝步驟制作，屬于現(xiàn)有技術。本領域的技術人員在不脫離權利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，還 可以對以上內(nèi)容進行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說明，而是由 權利要求書的范圍來確定的。
權利要求
一種二維片狀雙模諧振器，包括用于激發(fā)兩種簡并諧振模式的諧振器組件，其特征在于，所述二維片狀雙模諧振器還包括一個或多個用于調(diào)節(jié)所述簡并諧振模式的諧振頻率和所述兩種簡并諧振模式之間的耦合系數(shù)到預設標準的調(diào)節(jié)組件，所述調(diào)節(jié)組件為一維或二維圖形，同所述諧振器組件位于同一平面。
2.如權利要求1所述的二維片狀雙模諧振器，其特征在于，所述調(diào)節(jié)組件的形狀為三 角形、方形、多邊形、或圓形。
3.如權利要求1所述的二維片狀雙模諧振器，其特征在于，所述調(diào)節(jié)組件為雙折線或 單折線。
4.如權利要求2所述的二維片狀雙模諧振器，其特征在于，所述調(diào)節(jié)組件為實心或空心。
5.如權利要求2所述的二維片狀雙模諧振器，其特征在于，所述調(diào)節(jié)組件的面積小于 所述諧振器組件面積的50%。
6.如權利要求1所述的二維片狀雙模諧振器，其特征在于， 所述調(diào)節(jié)組件同所述諧振器組件材料相同。
7.—種二維片狀雙模濾波器，其特征在于，所述濾波器包括如權利要求1至6中任意一 所述的二維片狀雙模諧振器。
8.—種二維片狀雙模諧振器的制造方法，其特征在于，包括形成用于激發(fā)兩種簡并諧 振模式的諧振器組件，并同時形成一個或多個調(diào)節(jié)組件于所述諧振器組件所在平面，以調(diào) 節(jié)所述簡并諧振模式的諧振頻率和所述兩種簡并諧振模式之間的耦合系數(shù)到預設標準；所述調(diào)節(jié)組件為一維或二維圖形。
9.如權利要求8所述的二維片狀雙模諧振器的制造方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)組件 的形狀為三角形、方形、多邊形、或圓形。
10.如權利要求8所述的二維片狀雙模諧振器的制造方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)組件 為雙折線或單折線。
11.如權利要求9所述的二維片狀雙模諧振器，其特征在于，所述調(diào)節(jié)組件為實心或空心。
12.如權利要求9所述的二維片狀雙模諧振器，其特征在于，所述調(diào)節(jié)組件的面積小于 所述諧振器組件面積的50%。
13.如權利要求8所述的二維片狀雙模諧振器，其特征在于， 所述調(diào)節(jié)組件同所述諧振器組件材料相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二維片狀雙模諧振器、濾波器及其制造方法，所述二維片狀雙模諧振器，包括用于激發(fā)兩種簡并諧振模式的諧振器組件，所述二維片狀雙模諧振器還包括一個或多個用于調(diào)節(jié)所述簡并諧振模式的諧振頻率和所述兩種簡并諧振模式之間的耦合系數(shù)到預設標準的調(diào)節(jié)組件，所述調(diào)節(jié)組件為一維或二維圖形，同所述諧振器組件位于同一平面。本發(fā)明能夠使二維片狀雙模諧振器的簡并諧振模式的諧振頻率和兩個簡并諧振模式之間的耦合系數(shù)達到預設標準。
文檔編號H01P11/00GK101867081SQ20091008240
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權日2009年4月15日
發(fā)明者于濤, 何曉鋒, 何豫生, 崔彬, 張強, 張雪強, 李春光, 王佳, 王躍輝, 邊勇波, 郭進, 高路, 黎紅 申請人:中國科學院物理研究所