本發(fā)明涉及超導濾波器
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地說，特別涉及一種高Q值低損耗超高頻高溫超導濾波器。
背景技術(shù)：
：高溫超導薄膜具有極低的微波表面電阻，因此利用高溫超導材料制作的微帶線濾波器具有插入損耗低，帶邊陡峭度高、帶外抑制好等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在天文觀測、移動通訊、衛(wèi)星通信、目標監(jiān)測等領(lǐng)域。但是，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，利用微波通信的電子元件不斷增加，頻譜資源日益緊張，工作頻率不斷向更高頻段擴展，超高頻段的超導濾波器研究受到關(guān)注。目前，高溫超導濾波器的研究和應(yīng)用主要集中于3GHz以下的頻段，針對更高頻率的高溫超導濾波器研究應(yīng)用較少。隨著微波系統(tǒng)在各個應(yīng)用領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，頻譜資源日益緊張，工作頻段不斷的往更高頻率擴展，對濾波器的性能要求也越來越苛刻。因此，在更高的頻段研制具有極低帶內(nèi)損耗、高帶邊陡峭度和高帶外抑制的濾波器成為迫切需求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種高Q值低損耗超高頻高溫超導濾波器，導體電路結(jié)構(gòu)簡單，充分利用高溫超導材料的低損耗特點，是一種具有低插損的超導濾波器。一種高Q值低損耗超高頻高溫超導濾波器，其特征在于：該超導濾波器為十字型，中部寬于兩端，超導濾波器的基底為MgO基片，所述基片厚度為0.5mm；該超導濾波器封裝于金屬屏蔽盒內(nèi)微波濾波器的插入損耗取決于很多不同的因素，可以用如下公式表示：（1），其中，表示中心頻率處的插損，是濾波器的相對帶寬，為諧振器的無載Q值，是指諧振器節(jié)數(shù)，為低通原型電路的元件值。根據(jù)廣泛采用的濾波器基本設(shè)計理論，相對帶寬和節(jié)數(shù)由濾波器的基本參數(shù)要求所決定，當濾兩者確定時，濾波器插損與諧振器的無載Q值成反比。因此，無載Q值是影響濾波器插損的關(guān)鍵。要充分利用高溫超導材料的低損耗特點，設(shè)計具有低插損的超導濾波器，必須首先設(shè)計出具有高無載Q值的諧振器結(jié)構(gòu)。而微帶線諧振器的損耗主要來源于導體損耗、介質(zhì)損耗以及電磁波輻射損耗，對應(yīng)的品質(zhì)因素分別用、和表示，諧振器無載Q值可表示為：（2），在超高頻超導濾波器的設(shè)計中，由于微波表面電阻的快速上升和輻射損耗的加劇，給諧振器結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來了很大限制。由式（2）可知，微帶線諧振器的無載Q值由、和共同決定。通過理論公式分析結(jié)合軟件仿真的方法，研究了影響導體損耗、介質(zhì)損耗以及輻射損耗的參數(shù)。其中，輻射損耗對應(yīng)的主要取決于濾波器所在的金屬封裝盒。只要金屬盒封閉，就能得到足夠高的。而介質(zhì)損耗對應(yīng)的與基片厚度之間的關(guān)系如圖1所示，呈線性關(guān)系，基片越厚，越高。故本發(fā)明選取較厚的0.5mm的MgO基片作為超導濾波器的基底。對于超高頻段的諧振器，導體電路結(jié)構(gòu)簡單，而且需要很大的線寬來盡量減小導體損耗，所以在優(yōu)化線寬的基礎(chǔ)上難以通過諧振器線條的螺旋等布局來優(yōu)化。主要通過諧振器結(jié)構(gòu)的精細化設(shè)計，盡量減小導體表面電流密度。諧振器結(jié)構(gòu)如圖2所示，以一個微帶線寬0.6mm的矩形諧振器變化而來，五種諧振器的基頻諧振均保持在16GHz附近。采用相同的損耗參數(shù)設(shè)置，仿真得到的無載Q值如表1所示。表1諧振器結(jié)構(gòu)無載Q值（a）5890（b）6480（c）4660（d）4260（e）3830對于超高頻段的半波長諧振器，結(jié)構(gòu)的細微變化都會影響無載Q值。圖2（b）諧振器相對于圖2（a）的無載Q值有所增大，主要是由于半波長諧振器的中部電流密度大，兩端電流密度小，諧振器中部的寬度對無載Q值影響顯著。其它諧振器的無載Q值均減小，主要是由于存在彎折等結(jié)構(gòu)，導致電流密度增大。結(jié)合以上分析，為了保證較高的無載Q值,超導濾波器可設(shè)計為寬線條十字型，中部寬于兩端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)計為寬線條十字型，中部寬于兩端，采用較厚的基片，封裝于金屬屏蔽盒內(nèi)，降低了超高頻濾波器的損耗、提高了諧振器Q值。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是諧振器Qd與基片厚度的關(guān)系曲線。圖2是諧振器五種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明所述濾波器電路示意圖。圖4是本發(fā)明所述仿真響應(yīng)曲線。圖5是本發(fā)明所述封裝好的超導濾波器俯視圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。實施例本發(fā)明提供一個高Q值、低損耗的超高頻超導濾波器。濾波器設(shè)計指標為：中心頻率16GHz，等波紋帶寬1GHz（相對帶寬6.25%），采用7節(jié)切比雪夫原型設(shè)計，耦合系數(shù)和外部Q值計算得到：（3）濾波器最終的電路圖如圖3所示?；叽鐬?0mm×4.0mm，厚度為0.5mm，結(jié)構(gòu)非常緊湊。雙面鍍有YBCO超導薄膜的MgO基片上，通過光刻和Ar離子刻蝕的方法制備濾波器電路。然后將制作完成的濾波器封裝在金屬質(zhì)屏蔽盒內(nèi)，輸入\輸出饋線用銀膠進行連接。封裝好的7節(jié)Ku波段超導濾波器俯視圖如圖5所示。經(jīng)過Sonnet仿真軟件仿真的頻率響應(yīng)曲線如圖4所示。從仿真結(jié)果來看，濾波器的回波損耗低于-20dB，通帶內(nèi)非常平坦。并且通帶左側(cè)還有一個傳輸零點，這是由于諧振器之間的非相鄰耦合引起的，顯著提高了濾波器的帶邊陡峭度。測試表明，在超高頻高溫條件下，本發(fā)明仍具有高Q值、低損耗的優(yōu)點。雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是專利所有者可以在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)做出各種變形或修改，只要不超過本發(fā)明的權(quán)利要求所描述的保護范圍，都應(yīng)當在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3