本發(fā)明涉及一種級聯(lián)式寬阻帶超導(dǎo)帶通濾波器及設(shè)計方法，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)微帶濾波器有插入損耗低、帶邊陡峭、帶外抑制度高的特點，在性能上更接近于理想濾波器，在移動通信和微弱信號探測方面有著廣泛的應(yīng)用前景。然而作為平面微帶型器件，超導(dǎo)濾波器除了有基頻通帶外，往往還會在諧頻處產(chǎn)生寄生通帶。這將惡化濾波器的帶外抑制性能。該問題對于電磁頻譜密集的VHF、UHF波段濾波器顯得尤為嚴(yán)重。因而對高帶外抑制度的寬阻帶濾波器具有迫切需求。

實現(xiàn)寬阻帶濾波器的方法分為兩類，一類是將帶外雜散響應(yīng)往高頻處推移，即提高諧振器的諧頻頻率；另一類是將雜散響應(yīng)抑制到較低的幅值。

近年來，研究人員提出了多種諧振器結(jié)構(gòu)以提高濾波器的阻帶特性。采用一端接地的1/4波長微帶線諧振器結(jié)構(gòu)可以使第一諧頻位于3倍基頻處，從而可改善濾波器的帶外抑制特性。然而，1/4波長微帶線需要一端接地，增加了脆弱超導(dǎo)基片的制備復(fù)雜度；采用階躍阻抗諧振器結(jié)構(gòu)（SIR）可以推高二次諧頻頻率，但SIR結(jié)構(gòu)在VHF、UHF波段等低頻率時面臨諧振器尺寸大、小型化困難的難題。

為了實現(xiàn)寬的阻帶響應(yīng)，一個簡單的方法是將一個低通濾波器級聯(lián)到帶通濾波器后端，但是，這樣會導(dǎo)致額外的插入損耗并很大程度上增加了器件尺寸，尤其是對VHF等較低頻段的濾波器。

在小型化微帶濾波器設(shè)計中，為了節(jié)省基片面積，通常需要把構(gòu)成諧振器的微帶線進行彎折，使其顯得更緊湊。微帶線經(jīng)折疊后因電磁場的重新分布，物理等效長度與幾何長度會發(fā)生偏離。諧振器上微帶線不同的彎折方式，物理長度與幾何長度的偏離程度有所不同，而且這種效應(yīng)對于基頻和諧頻有不同的影響，因而彎折后的微帶諧振器n次諧振模式頻率f_s與基頻f₀之間并不一定滿足f_s=nf₀的準(zhǔn)確關(guān)系。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是利用了不同諧振器的諧頻與基頻比率差異，提出一種基于諧頻交錯的級聯(lián)式寬阻帶超導(dǎo)帶通濾波器結(jié)構(gòu)，可以使帶通濾波器實現(xiàn)寬阻帶的同時保持尺寸小型化。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種級聯(lián)式寬阻帶超導(dǎo)帶通濾波器，包括若干超導(dǎo)微帶子濾波器，相鄰的超導(dǎo)微帶子濾波器之間通過內(nèi)饋線級聯(lián)且進行相位匹配，每一個超導(dǎo)微帶子濾波器的基頻通帶均相同但諧頻不同。

所述每一個超導(dǎo)微帶子濾波器的階數(shù)均相同。

所述每一個超導(dǎo)微帶子濾波器的階數(shù)為偶數(shù)。

本發(fā)明還提供一種級聯(lián)式寬阻帶超導(dǎo)帶通濾波器設(shè)計方法，該方法包括：將若干基頻通帶相同但諧頻不同的超導(dǎo)微帶子濾波器用內(nèi)饋線進行級聯(lián)，并優(yōu)化內(nèi)饋線的長度和寬度使若干超導(dǎo)微帶子濾波器的相位匹配。

所述每一個超導(dǎo)微帶子濾波器的階數(shù)均相同。

所述每一個超導(dǎo)微帶子濾波器的階數(shù)為偶數(shù)。

所述內(nèi)饋線的寬度向帶邊抑制度增大的方向優(yōu)化。

所述內(nèi)饋線的長度向通帶內(nèi)回波損耗增大方向優(yōu)化。

本發(fā)明提供的寬阻帶超導(dǎo)帶通濾波器是采用若干基頻相同但諧頻不同的超導(dǎo)微帶子濾波器級聯(lián)而成，結(jié)合內(nèi)饋線的優(yōu)化，利用若干超導(dǎo)微帶子濾波器的高次諧頻位置互相錯開，對帶外信號形成交錯抑制，從而實現(xiàn)了較寬的阻帶，且采用超導(dǎo)微帶子濾波器也有利于尺寸的小型化。

以下通過附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步闡述。

附圖說明：

圖1為級聯(lián)式寬阻帶超導(dǎo)帶通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例的濾波器與傳統(tǒng)設(shè)計的寬頻響應(yīng)曲線對比圖；

圖3為帶邊及帶邊突起的示意圖。

具體實施方式：

本實施例以中心頻率200MHz、帶寬0.5MHz的八階寬阻帶超導(dǎo)帶通濾波器的設(shè)計為例來加以說明。

如圖1所示，一種級聯(lián)式寬阻帶超導(dǎo)帶通濾波器，包括兩個四階超導(dǎo)微帶子濾波器1和2，兩個超導(dǎo)微帶子濾波器的基頻頻率均為200MHz，但是諧頻頻率并不相同，兩個超導(dǎo)微帶子濾波器之間通過內(nèi)饋線3進行級聯(lián)。對于基頻和諧頻的調(diào)整可以通過不同結(jié)構(gòu)的微帶線折彎來實現(xiàn)，屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不進行說明。

上述結(jié)構(gòu)的帶通濾波器其采用相同階數(shù)的子濾波器進行級聯(lián)，具有對稱結(jié)構(gòu)，形成的交錯諧頻恰好可以相互交錯抑制，對通帶之外的各頻率點的抑制度也更加均勻，更有利于形成較寬的阻帶。進一步，將每一個超導(dǎo)微帶子濾波器的階數(shù)設(shè)計成偶數(shù)，可以大大簡化結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

在設(shè)計相同階數(shù)（設(shè)為n）的濾波器時，傳統(tǒng)方式采用完全相同的n個諧振器進行耦合式設(shè)計或者將具有相同基頻與諧頻的兩個n/2階子濾波器進行級聯(lián)，而本發(fā)明采用不同諧頻的子濾波器進行級聯(lián)，通過諧頻交錯達到將雜散響應(yīng)的位置相互錯開從而相互抑制的目的。本發(fā)明對帶外的抑制效果更佳，實現(xiàn)了更寬阻帶的響應(yīng)。如圖2所示，同樣是八階濾波器的設(shè)計，本發(fā)明在至少15倍頻的范圍內(nèi)其抑制度均達到70dB以上，而傳統(tǒng)設(shè)計方式超過2-3倍頻后其抑制度就變得并不理想，圖2僅提供了15倍頻范圍內(nèi)的仿真結(jié)果對比，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其能實現(xiàn)更寬阻帶響應(yīng)的效果非常顯著。

若將子濾波器直接連接，未考慮相位的匹配問題，由于濾波器傳遞函數(shù)復(fù)雜的相位問題，將在濾波器的帶邊附近形成幅度起伏的帶邊凸起以及帶內(nèi)反射的惡化（如圖3所示）。本發(fā)明為了匹配級聯(lián)的超導(dǎo)微帶子濾波器之間的相位關(guān)系，在相鄰超導(dǎo)微帶子濾波器之間通過內(nèi)饋線3進行級聯(lián)，且借助電磁仿真軟件來對內(nèi)饋線3的設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化，以改善整個器件的濾波特性。

內(nèi)饋線3可以調(diào)節(jié)的參數(shù)主要有電長度和特性阻抗，這兩個參數(shù)分別決定于內(nèi)饋線3的長度和寬度。內(nèi)饋線3電長度的變化，會影響通帶內(nèi)的回波損耗以及帶邊突起的位置及幅度，電長度減小時，突起會往遠端偏移并且幅度降低，帶邊的抑制可以得到改善，但是帶內(nèi)的回波損耗會發(fā)生惡化，因此在調(diào)節(jié)內(nèi)饋線3的長度時，需向通帶內(nèi)回波損耗增大方向優(yōu)化，優(yōu)先保證帶內(nèi)的回波損耗優(yōu)于15dB。而內(nèi)饋線3的寬度增大，該段線的特性阻抗會減小，帶邊突起也會向遠端推移并減小幅度，而帶內(nèi)的回波損耗基本不受影響，對內(nèi)饋線3寬度的調(diào)節(jié)向帶邊抑制度增大的方向優(yōu)化。上述參數(shù)的優(yōu)化，在綜合考慮尺寸的限制下進行調(diào)節(jié)，對于本實施例中的八階濾波器而言，將帶邊突起抑制到-70dB以下即可（圖2中基頻附近的S21表示帶邊），帶外遠端諧振處的抑制度也均在70dB以上。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。