專利名稱：長環(huán)帶諧振器及其微波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波窄帶濾波器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微波濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
濾波器是一種十分重要的微波元件，它的主要功能是用來分隔頻率，即通過一定的頻率的信號(hào)而阻斷另一些頻率的信號(hào)。理想的濾波器特性應(yīng)當(dāng)是通帶無衰減而在截止區(qū)域內(nèi)衰減無窮大，通帶與截止區(qū)域的跳變要盡可能的陡峭。要達(dá)到帶邊陡峭的特性，一般可以通過增加濾波器的節(jié)數(shù)來加以改善。節(jié)數(shù)的增加將顯著的引人損耗，使通帶衰減變大，濾波器性能惡化。這使得普通微帶線濾波器的損耗一般較大，對要求較高的領(lǐng)域，例如衛(wèi)星應(yīng)用，就達(dá)不到所要求的指標(biāo)，一般這時(shí)就只能用波導(dǎo)器件來實(shí)現(xiàn)。
近幾年來，隨著高溫超導(dǎo)材料的制備工藝，包括單晶樣品和薄膜等的發(fā)展，使得超導(dǎo)濾波器的實(shí)用化成為可能。超導(dǎo)濾波器損耗小，抗鄰頻干擾能力強(qiáng)，諧振器Q值高(在幾千MHz范圍內(nèi)，其Q值可達(dá)40000-100000)。利用超導(dǎo)微帶線的這一特點(diǎn)，可以用超導(dǎo)微帶線濾波器來代替波導(dǎo)濾波器。從已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，超導(dǎo)微帶濾波線器可以有陡峭的帶邊，極低的插入損耗平坦通帶特性，在性能上更接近于理想濾波器。因此高溫超導(dǎo)微帶線濾波器不僅具有可與波導(dǎo)器件比的性能，而又同時(shí)兼具微帶線體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)。
濾波器的結(jié)構(gòu)對濾波器的特性起了決定性作用。目前，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在使濾波器整體盡可能小的前提下，使濾波器的帶內(nèi)插入損耗更低，帶邊更陡。
圖1顯示了英國于2000年發(fā)表的一個(gè)8節(jié)Open-loop形超導(dǎo)濾波器，基片材料為LaAlO3，尺寸為39*23.5mm。其諧振器為8個(gè)以軸對稱分布的有一缺口的環(huán)帶狀(圖中分別以數(shù)字1-8標(biāo)出)，缺口的寬度為Wg。分析其電磁場可知，電場主要分布在環(huán)的開口出，因此此處相當(dāng)于一個(gè)電容；磁場主要分布于環(huán)的另一側(cè)，所以環(huán)狀的微帶線接近于電感。輸入輸出饋線11和12的寬度WO對應(yīng)著50歐姆輸入輸出阻抗，饋線的長度對濾波器性能沒有影響，根據(jù)工藝要求取幾毫米即可。饋線11和12與各自最相鄰諧振器1和8接觸的位置由輸入輸出阻抗匹配確定。8個(gè)諧振器形狀尺寸相近或相同，其環(huán)帶狀微帶線總長度約為在此LaAlO3基片上的濾波器中心頻率對應(yīng)波長的一半。各諧振器之間的距離決定了濾波器的性能。設(shè)計(jì)中需調(diào)整各諧振器之間的距離直至濾波器響應(yīng)滿足要求為止。
圖2為此濾波器在55K與低噪聲放大器組合條件下的頻率響應(yīng)圖。圖中，21為濾波器的傳輸損耗S21特性曲線，22為濾波器的反射損耗S11特性曲線。其通帶反射系數(shù)約為-15.5dB，帶邊陡峭度低端為20dB/MHz，高端為15dB/MHz。雖然這種濾波器的諧振器Q值很高，有很好的帶內(nèi)和陡峭度，但因?yàn)槠渲C振器形狀過于龐大，并且不能非常有效的利用基片空間，所以限制了它不能將節(jié)數(shù)增加得很高，而增加濾波器節(jié)數(shù)能夠從根本上提高其陡峭度，所以此種結(jié)構(gòu)也并不十分理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出了基于新型結(jié)構(gòu)的諧振器及用其組構(gòu)的濾波器，其諧振器采用包含一缺口的長環(huán)帶結(jié)構(gòu)，使其具有插入損耗小，帶外抑制大，過渡帶陡峭，同時(shí)組構(gòu)的濾波器結(jié)構(gòu)簡捷，整體尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出一種微帶線諧振器，其特征在于，由含有一個(gè)缺口的長環(huán)帶狀的微帶線構(gòu)成，該長環(huán)帶長邊的長度遠(yuǎn)大于長環(huán)帶的寬度。
所說的缺口可為該長環(huán)帶一長邊微帶線上的一斷開位置。
本發(fā)明提出一種長環(huán)帶狀諧振器組構(gòu)成的濾波器，其特征在于，包括依次平行排列的多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的長環(huán)帶諧振器組成諧振器陣列，與諧振器陣列中各自最靠近的一個(gè)諧振器相耦合的輸入、輸出饋線；所說的長環(huán)帶諧振器由含有一個(gè)缺口的長環(huán)帶狀的微帶線構(gòu)成。
所說的諧振器的缺口可為該長環(huán)帶一長邊微帶線上的一斷開位置。
所說的諧振器可每兩個(gè)對稱排列組成一個(gè)諧振器組。
本發(fā)明的效果本發(fā)明設(shè)計(jì)的諧振器結(jié)構(gòu)單在同等節(jié)數(shù)條件下，帶內(nèi)插入損耗，帶外衰減，帶邊陡峭度等性能達(dá)到國外同類超導(dǎo)濾波器的性能指標(biāo)，而且尺寸小于Open-loop形超導(dǎo)濾波器。本發(fā)明中可用超導(dǎo)材料制作，也可以用其它材料制作。本發(fā)明組成濾波器的節(jié)數(shù)可以根據(jù)需要確定，各個(gè)諧振器平行但上下不一定對齊。因此只要采用長環(huán)帶諧振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的濾波器均屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。


圖1為已有的一種8節(jié)Open-loop形超導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)布局示意圖。
圖2為已有的8節(jié)Open-loop形超導(dǎo)濾波器的響應(yīng)曲線圖。
圖3為本發(fā)明的一種長環(huán)帶結(jié)構(gòu)諧振器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)布局示意圖。
圖4為本發(fā)明的一種8節(jié)超導(dǎo)濾波器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)布局示意圖。
圖5為本超導(dǎo)濾波器實(shí)施例的響應(yīng)曲線圖。
圖6為本發(fā)明的一種12節(jié)超導(dǎo)濾波器的響應(yīng)曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明設(shè)計(jì)的長環(huán)帶諧振器及其微波濾波器結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如下本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種微帶線諧振器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)布局如圖3所示。由三段微帶線31、32和34相接構(gòu)成長環(huán)帶，33為缺口，各段帶的的長度和長環(huán)帶內(nèi)部縫隙的寬度可根據(jù)濾波器的具體設(shè)計(jì)要求確定。整個(gè)長環(huán)帶諧振器的微帶線總長度約為濾波器中心頻率對應(yīng)波長的一半。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種高溫超導(dǎo)濾波器實(shí)施例結(jié)構(gòu)布局如圖4所示。濾波器中心頻率為902.5MHz，相對帶寬為2.77％。圖中白色部分為LaAlO3基片，尺寸為16.5*32mm，畫斜線部分為超導(dǎo)微帶線，居中放置在LaAlO3基片上。輸入輸出饋線40和49的寬度皆為0.16mm，對應(yīng)于50歐姆輸入輸出阻抗，饋線長度為25.45mm，各自與最近鄰的諧振器41和48相耦合。饋線40和諧振器41之間的距離，諧振器48和饋線49間距離皆為0.2mm。31到38為8個(gè)尺寸結(jié)構(gòu)完全相同的長環(huán)帶諧振器，兩兩缺口相對平行排列，距基片頂部4.3mm。以第8個(gè)諧振器48為例來說明諧振器的尺寸。整個(gè)長環(huán)帶結(jié)構(gòu)諧振器各處微帶線寬度皆為0.2mm，諧振器內(nèi)部縫隙寬度為0.1mm，諧振器沒有缺口的一邊的微帶線483長25.65mm，有缺口的一邊有兩段微帶線481和482，長度各為4.3mm和21.25mm，整個(gè)微帶線總長度約為濾波器中心頻率在此LaAlO3基片上對應(yīng)波長的一半。各微帶線諧振器之間的距離L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7依次為0.56mm，0.92mm，0.68mm，1.02mm，0.68mm，0.92mm，0.56mm。本發(fā)明可以很容易用此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出節(jié)數(shù)更高的濾波器。本發(fā)明還可以使用LaAlO3、Sapphire等其它材料的基片。
圖5為本濾波器實(shí)施例的響應(yīng)曲線圖，圖中實(shí)線51為傳輸損耗S21曲線，虛線為反射損耗S11曲線，通帶反射系數(shù)達(dá)到了-13dB，帶邊陡峭度兩邊都達(dá)到了約8dB/MHz。在增加濾波器的情況下，帶邊會(huì)更加陡峭，帶外抑制更好。
本發(fā)明根據(jù)圖4實(shí)施例結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的中心頻率為902.5MHz，相對帶寬為2.77％濾波器可以做到12節(jié)，并且其尺寸只有21*32mm。該濾波器的頻率響應(yīng)曲線如圖6所示，圖中實(shí)線61為傳輸損耗S21曲線，虛線62為反射損耗S11曲線，通帶反射系數(shù)達(dá)到了-16dB，兩邊陡峭度都達(dá)到了16dB/MHz，帶外衰減大于65dB。
權(quán)利要求
1.一種微帶線諧振器，其特征在于，由含有一個(gè)缺口的長環(huán)帶狀的微帶線構(gòu)成，該長環(huán)帶長邊的長度遠(yuǎn)大于長環(huán)帶的寬度。
2.如權(quán)利要求1所述的微帶線諧振器，其特征在于，所說的缺口為該長環(huán)帶一長邊微帶線上的一斷開位置。
3.一種長環(huán)帶狀諧振器組構(gòu)成的濾波器，其特征在于，包括依次平行排列的多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的長環(huán)帶諧振器組成諧振器陣列，與諧振器陣列中各自最靠近的一個(gè)諧振器相耦合的輸入、輸出饋線；所說的長環(huán)帶諧振器由含有一個(gè)缺口的長環(huán)帶狀的微帶線構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的長環(huán)帶狀諧振器組構(gòu)成的濾波器，其特征在于，所說的諧振器的缺口為該長環(huán)帶一長邊微帶線上的一斷開位置。
5.如權(quán)利要求3所述的長環(huán)帶狀諧振器組構(gòu)成的濾波器，其特征在于，所說的諧振器每兩個(gè)對稱排列組成一個(gè)諧振器組。
全文摘要
本發(fā)明屬于微波窄帶濾波器的技術(shù)領(lǐng)域，涉及長環(huán)帶諧振器及其微波濾波器。本發(fā)明的諧振器由含有一個(gè)缺口的長環(huán)帶狀的微帶線構(gòu)成，該長環(huán)帶長邊的長度遠(yuǎn)大于長環(huán)帶的寬度。本發(fā)明的濾波器包括依次平行排列的多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的長環(huán)帶諧振器組成諧振器陣列，與諧振器陣列中各自最靠近的一個(gè)諧振器相耦合的輸入、輸出饋線；所說的長環(huán)帶諧振器由含有一個(gè)缺口的長環(huán)帶狀的微帶線構(gòu)成。本發(fā)明具有插入損耗小，帶外抑制大，過渡帶陡峭，同時(shí)組構(gòu)的濾波器結(jié)構(gòu)簡捷，整體尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01P7/08GK1507108SQ0215560
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者曹必松, 樸云龍, 尹哲勝, 溫迪克, 張曉平, 朱美紅, 何山, 郭旭波, 何文俊 申請人:清華大學(xué)