本發(fā)明涉及微波無源器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫超導(dǎo)濾波器。

背景技術(shù)：

通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，人們對濾波器的要求越來越高，通常以低損耗、低噪聲、高頻率選擇性、體積小、重量輕等為設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而增加濾波器設(shè)計(jì)的難度。而高溫超導(dǎo)技術(shù)是在近幾年快速發(fā)展起來的一項(xiàng)高科技技術(shù)，由于采用高溫超導(dǎo)薄膜制作成的微帶濾波器，具有極小的噪聲系數(shù)、極低的插入損耗、極高的選擇性和體小質(zhì)輕等優(yōu)勢，越來越受到人們的關(guān)注。與常規(guī)濾波器相比，高溫超導(dǎo)濾波器因具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)和體積小的特點(diǎn)，更能應(yīng)對各種軍用和民用領(lǐng)域的技術(shù)挑戰(zhàn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

高溫超導(dǎo)濾波器電路設(shè)計(jì)大多采用二分之一波長諧振器耦合結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)方案一般都會在濾波器工作頻率的二倍頻處產(chǎn)生諧振頻率而形成寄生通帶，嚴(yán)重影響濾波器的阻帶抑制性能。因此，許多學(xué)者致力于開展抑制寄生通帶的研究。其中有通過采用增加傳輸零點(diǎn)來提高倍頻處的衰減方法，但采用傳輸零點(diǎn)抑制的帶寬相對較窄，對倍頻通帶的抑制往往不理想，而且增加了濾波器設(shè)計(jì)的復(fù)雜度；有利用缺陷地(DGS)結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾波器諧波抑制的方法，但需要對微帶濾波器電路進(jìn)行雙面加工，增加了工藝難度；也有通過交插指結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)諧振器終端加載電容，有效抑制了濾波器二倍頻處的寄生通帶，但濾波器體積較大，不利于器件的小型化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種高溫超導(dǎo)濾波器，其結(jié)合插指結(jié)構(gòu)和分形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有小型化和更強(qiáng)二次諧波抑制的特點(diǎn)。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種高溫超導(dǎo)濾波器，包括輸入微帶、輸出微帶和微帶諧振器陣；所述微帶諧振器陣包括2個(gè)以上相互平行排列的諧振器；每個(gè)諧振器均為插指結(jié)構(gòu)和分形結(jié)構(gòu)組合而成的諧振器，其中插指結(jié)構(gòu)形成該諧振器的開口端，分形結(jié)構(gòu)形成該諧振器的閉口端；每2個(gè)相鄰的諧振器之間留有一定的間隙，且兩者的閉口端和開口端的位置相互交錯(cuò)；輸入微帶與微帶諧振器陣中的第一個(gè)諧振器發(fā)生激勵(lì)關(guān)系，輸出微帶與微帶諧振器陣中的最后一個(gè)諧振器發(fā)生激勵(lì)關(guān)系。

上述方案中，分形結(jié)構(gòu)為Hirbert分形結(jié)構(gòu)或基于Hirbert的準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)。

上述方案中，分形結(jié)構(gòu)的迭代次數(shù)K介于2～4之間。

上述方案中，插指結(jié)構(gòu)由多條相互平行插指枝節(jié)組成；每2條相鄰的插指枝節(jié)之間留有一定的間隙；每2條相鄰的插指枝節(jié)的指向相互交錯(cuò)對插，即一個(gè)插指枝節(jié)指向輸入微帶一側(cè)，另一個(gè)插指枝節(jié)指向輸出微帶一側(cè)。

上述方案中，插指結(jié)構(gòu)的插指枝節(jié)的條數(shù)為10個(gè)以上。

上述方案中，每個(gè)諧振器的線寬Wd相一致。

上述方案中，每2個(gè)相鄰的諧振器之間設(shè)有一段微帶條。

上述方案中，每2個(gè)相鄰的諧振器之間的距離從微帶諧振器陣的中間向兩邊逐漸增大。

上述方案中，輸入微帶與微帶諧振器陣中的第一個(gè)諧振器發(fā)生激勵(lì)關(guān)系為直接激勵(lì)或間接激勵(lì)。

上述方案中，輸出微帶與微帶諧振器陣中的最后一個(gè)諧振器發(fā)生激勵(lì)關(guān)系為直接激勵(lì)或間接激勵(lì)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1、通過在半波長發(fā)夾型諧振器中引入插指結(jié)構(gòu)和分形結(jié)構(gòu)，使微帶諧振器陣中的每一個(gè)諧振器同時(shí)具備這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)濾波器小型化和二次諧波抑制的目的；

2、不僅二次諧波抑制能力更強(qiáng)，可以把濾波器的二次諧波抑制在三倍頻之外，而且比一般發(fā)夾型濾波器的體積更小，完全可以滿足系統(tǒng)對濾波器設(shè)計(jì)的要求；

3、具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成的特點(diǎn)，適合高品質(zhì)因數(shù)的高溫超導(dǎo)薄膜的制作。

附圖說明

圖1為一種高溫超導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為高溫超導(dǎo)濾波器的諧振器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由來。

圖3為諧振器的分形結(jié)構(gòu)示意圖。(a1)為迭代次數(shù)為K＝1時(shí)的Hirbert分形結(jié)構(gòu)；(a2)為迭代次數(shù)為K＝2時(shí)的Hirbert分形結(jié)構(gòu)；(a3)為迭代次數(shù)為K＝3時(shí)的Hirbert分形結(jié)構(gòu)；(b1)為迭代次數(shù)為K＝1時(shí)的Hirbert準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)；(b2)為迭代次數(shù)為K＝2時(shí)的Hirbert準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)；(b3)為迭代次數(shù)為K＝3時(shí)的Hirbert準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)。

圖4為圖1的高溫超導(dǎo)濾波器頻率響應(yīng)曲線圖。

圖中標(biāo)號：1、輸入微帶；2、輸出微帶；3、微帶諧振器陣；31、諧振器；311、插指結(jié)構(gòu)；312、分形結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種高溫超導(dǎo)濾波器，如圖1所示，包括輸入微帶1、輸出微帶2和微帶諧振器陣3。微帶諧振器陣3所用的高溫超導(dǎo)薄膜材料為鏑鋇銅氧(DBCO)，襯底材料為0.5mm厚度的2英寸氧化鎂(MgO)，其介電常數(shù)為9.74。所述微帶諧振器陣3包括2個(gè)以上諧振器31，諧振器31通過依序交錯(cuò)平行排列進(jìn)行耦合。諧振器31的個(gè)數(shù)由濾波器的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行選定，其個(gè)數(shù)既可以是奇數(shù)，也可以是偶數(shù)。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，諧振器31的個(gè)數(shù)為8個(gè)，構(gòu)成一個(gè)8階的廣義切比雪夫帶通濾波器。

每個(gè)諧振器31均為插指結(jié)構(gòu)311和分形結(jié)構(gòu)312組合而成的諧振器31。每個(gè)諧振器31的形狀是由傳統(tǒng)的發(fā)夾形的半波長諧振器31演變而來。該諧振器31的開口端設(shè)有插指結(jié)構(gòu)311，即插指結(jié)構(gòu)311形成該諧振器31的開口端。該發(fā)夾形諧振器31的閉口端設(shè)有分形結(jié)構(gòu)312，即分形結(jié)構(gòu)312形成該諧振器31的閉口端。參見圖2。將分形結(jié)構(gòu)312應(yīng)用于濾波器，使得濾波器具有緊湊性高和二次諧波抑制的特點(diǎn)；而通過在半波長諧振器31中引入插指枝節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)諧振器31終端電容的加載，又因諧振器31的電容增大導(dǎo)致頻率減小，所以諧振器31工作在基頻的時(shí)候，該諧振器31的等效電容增大，頻率會減小，而在二倍頻的時(shí)候，該諧振器31的等效電容減小，頻率會增大，從而增加了諧振器31基頻和二倍頻之間的頻帶寬度，最終實(shí)現(xiàn)濾波器二次諧波抑制的目的。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，對于單個(gè)諧振器31來說，其無論是插指結(jié)構(gòu)311部分，還是分形結(jié)構(gòu)312部分的線寬Wd均始終一致。通過調(diào)節(jié)每個(gè)諧振器31側(cè)壁Wa的微帶線長度，從而改變諧振器31的諧振頻率，使其諧振于所對應(yīng)通帶的中心頻率處。

上述插指結(jié)構(gòu)311由多條相互平行且對插的插指枝節(jié)組成。每2條相鄰的插指枝節(jié)之間的間距寬度相同，而插指枝節(jié)的寬度Wc可以和諧振器31的微帶線寬度Wd相同，也可以不同。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，交插指結(jié)構(gòu)311中插值枝節(jié)的線寬Wc既與相鄰插值枝節(jié)的間距寬度Ws相等，又與諧振器31的微帶線寬度Wd也相同。插指結(jié)構(gòu)311的插指枝節(jié)的條數(shù)根據(jù)濾波器的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行選定，一般插指枝節(jié)的條數(shù)越多，二次諧波抑制越好。在本發(fā)明中，插指結(jié)構(gòu)311的插指枝節(jié)的條數(shù)為10個(gè)以上。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，插指結(jié)構(gòu)311的插指枝節(jié)的條數(shù)為10。

上述分形結(jié)構(gòu)312為Hirbert分形結(jié)構(gòu)312或基于Hirbert的準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)312。分形結(jié)構(gòu)312的迭代次數(shù)K根據(jù)濾波器的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行選定，分形結(jié)構(gòu)312的迭代次數(shù)K最小為2次，最大為滿足設(shè)計(jì)所能承受的插入損耗的次數(shù)，這樣才能使諧振器31小型化的效果更加明顯。在本發(fā)明中，分形結(jié)構(gòu)312的迭代次數(shù)K介于2～4之間。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，分形結(jié)構(gòu)312的迭代次數(shù)K為2。參見圖3，其中(a1)為迭代次數(shù)為K＝1時(shí)的Hirbert分形結(jié)構(gòu)；(a2)為迭代次數(shù)為K＝2時(shí)的Hirbert分形結(jié)構(gòu)；(a3)為迭代次數(shù)為K＝3時(shí)的Hirbert分形結(jié)構(gòu)；(b1)為迭代次數(shù)為K＝1時(shí)的Hirbert準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)；(b2)為迭代次數(shù)為K＝2時(shí)的Hirbert準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)；(b3)為迭代次數(shù)為K＝3時(shí)的Hirbert準(zhǔn)分形結(jié)構(gòu)。

對于整個(gè)微帶諧振器陣3來說，每個(gè)諧振器31的形狀和尺寸完全相同。所謂形狀一致，不僅是指每個(gè)諧振器31的插指結(jié)構(gòu)311部分相一致，如插指枝節(jié)的條數(shù)、插指枝節(jié)的長度、或插指枝節(jié)的間距等一致；而且是指分形結(jié)構(gòu)312部分也一致，如分形結(jié)構(gòu)312的特點(diǎn)或迭代次數(shù)等一致。所謂尺寸完全一致，不僅是指每個(gè)諧振器31的寬度Wh和長度Wa一致，而且是指每個(gè)諧振器31的線寬也一致。

每2個(gè)相鄰的諧振器31之間留有一定的間隙。對于整個(gè)微帶諧振器陣3來說，每2個(gè)相鄰的諧振器31之間的距離從微帶諧振器陣3的中間向兩邊逐漸增大，即L45＜L34＝L56＜L23＝L67＜L12＝L78。為了增大相鄰諧振器31之間的耦合強(qiáng)度，每2個(gè)相鄰的諧振器31的閉口端和開口端的位置相互交錯(cuò)，如一個(gè)諧振器31的閉口端即分形結(jié)構(gòu)312位于諧振器31的上部，開口端即插指結(jié)構(gòu)311位于諧振器31的下部；則另一個(gè)諧振器31的閉口端即分形結(jié)構(gòu)312位于諧振器31的下部，開口端即插指結(jié)構(gòu)311位于諧振器31的上部。通過諧振器31交錯(cuò)平行排列進(jìn)行耦合，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)濾波器小型化和二次諧波抑制的特性。此外，每2個(gè)相鄰的諧振器31之間還可以加入微帶條或者使兩諧振器31上下平行移位，從而起到微調(diào)諧振器31間耦合系數(shù)的作用。

為了實(shí)現(xiàn)微帶諧振器陣3與外部器件的連接，微帶諧振器陣3的兩端還設(shè)有輸入微帶1和輸出微帶2。輸入微帶1與微帶諧振器陣3中的第一個(gè)諧振器31發(fā)生激勵(lì)關(guān)系，其方式可以是直接激勵(lì)，也可以是耦合激勵(lì)。輸出微帶2與微帶諧振器陣3中的最后一個(gè)諧振器31發(fā)生激勵(lì)關(guān)系，其方式可以是直接激勵(lì)，也可以是耦合激勵(lì)。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，輸入微帶1和輸出微帶2均采用直接激勵(lì)的方式，即輸入微帶1與第一個(gè)諧振器31的最左側(cè)直接電氣連接，輸出微帶2與最后一個(gè)諧振器31的最右側(cè)直接電氣連接。輸入微帶1和輸出微帶2與微帶諧振器陣3的接入點(diǎn)位置與阻抗匹配有關(guān)，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，輸入微帶1與第一個(gè)諧振器31的閉口端的距離H1等于輸出微帶2與最后一個(gè)諧振器31的閉口端的距離H2。為了保持濾波特性的對稱性，輸入微帶1的寬度W1與輸出微帶2的寬度W2相等，輸入微帶1的長度L1與輸出微帶2的長度L2相等。

下面給出本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例：微帶諧振器陣3包含8個(gè)諧振器31。諧振器31間的間距分別為L12＝0.4mm，L23＝0.51mm，L34＝0.54mm，L45＝0.55mm，L56＝0.54mm，L67＝0.51mm，L78＝0.4mm。諧振器31中的微帶線寬度取Wd＝0.1mm，其線間距取Ws＝0.1mm，每個(gè)諧振器31的寬為Wh＝1.5mm。整個(gè)微帶諧振器陣3所占的面積為15.45mm×4.16mm，相比同介質(zhì)、同微帶線尺寸的半波長發(fā)夾型濾波器所占面積要小的多，因此此方案具有小型化的特點(diǎn)。輸入微帶1饋線的寬度W1＝0.48mm，輸出微帶2饋線的寬度W2＝0.48mm，長度對整個(gè)濾波器的性能影響不大，此處取為L1＝L2＝3.28mm。該高溫超導(dǎo)濾波器的結(jié)果仿真圖如圖4所示，本發(fā)明一方面可以對半波長諧振器31的二次諧波起到明顯的抑制作用，有利于提高信號的質(zhì)量；另一方面可以有效地減小諧振器31的體積，利于器件的小型化。

上述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。