專利名稱：微波單折疊濾波器的制作方法
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)。
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)微帶線濾波器損耗小，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)微帶線濾波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。因此超導(dǎo)微帶線濾波器不僅具有可與波導(dǎo)器件比擬的性能，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(duì)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(guó)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L(zhǎng)aAlO3，尺寸為39*23.5mm。其諧振器為8個(gè)以軸對(duì)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(chǎng)可知，電場(chǎng)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(chǎng)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(duì)應(yīng)著50歐姆輸入輸出阻抗，饋線的長(zhǎng)度對(duì)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(zhǎng)度約為在此LaAlO3基片上的濾波器中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)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。其通帶插入損耗約為0.13dB，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。
本發(fā)明提出一種微波單折疊濾波器，包括多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的諧振器組成諧振器陣，其特征在于，該諧振器由一根微帶線折疊形成一個(gè)開口端和一個(gè)封閉端的單折疊結(jié)構(gòu)，該開口端的兩邊微帶線長(zhǎng)度不同，各諧振器平行排列，且兩兩對(duì)稱放置，長(zhǎng)邊在內(nèi)形成多個(gè)類發(fā)夾形諧振器組，輸入輸出耦合線與輸入輸出饋線相連接，且輸入輸出耦合線各自與所述諧振器陣中最靠近的一個(gè)諧振器相耦合。
本發(fā)明提出另一種微波單折疊濾波器，包括多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的諧振器組成諧振器陣，其特征在于，該諧振器由一根微帶線折疊形成一個(gè)開口端和一個(gè)封閉端的單折疊結(jié)構(gòu)，該開口端的兩邊微帶線長(zhǎng)度不同，各諧振器依次平行同方向排列，輸入輸出耦合線與輸入輸出饋線相連接，且輸入輸出耦合線各自與所述諧振器陣中最近鄰諧振器相耦合。
所說輸入輸出耦合線各自可與所述諧振器陣中最近鄰諧振器的一邊頂端對(duì)齊。
本發(fā)明的效果本發(fā)明設(shè)計(jì)的濾波器在同等節(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(guó)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(duì)齊。因此只要采用單折疊結(jié)構(gòu)諧振器設(shè)計(jì)的濾波器均屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
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)明的一種單折疊結(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)明的另一種8節(jié)超導(dǎo)濾波器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)布局示意圖。
圖7為本超導(dǎo)濾波器實(shí)施例的響應(yīng)曲線圖。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種采用圖3結(jié)構(gòu)的諧振器的高溫超導(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1887.5MHz，相對(duì)帶寬為0.26％。圖中白色部分為L(zhǎng)aAlO3基片，尺寸為30.48*20mm，畫斜線部分為超導(dǎo)微帶線。輸入輸出饋線401和402的寬度皆為0.16mm，對(duì)應(yīng)于50歐姆輸入輸出阻抗，饋線長(zhǎng)度為3.12mm，距基片頂部距離為6.84mm，各自與輸入輸出耦合線411和412相連接。輸入輸出耦合線411和412長(zhǎng)度為9.68mm，寬度為0.16mm，411和諧振器42間距離，412和諧振器49間距離皆為0.58mm。42到49為8個(gè)尺寸結(jié)構(gòu)完全相同的單折疊結(jié)構(gòu)諧振器，兩兩對(duì)稱平行排列，長(zhǎng)邊在內(nèi)形成諧振器陣，距基片底部距離為3.48mm。以第3個(gè)諧振器44為例來說明諧振器的尺寸。整個(gè)諧振器各處微帶線寬度皆為0.2mm，長(zhǎng)邊442長(zhǎng)度為12.52mm，短邊441長(zhǎng)度為9.68mm，長(zhǎng)邊442和短邊441之間距離為0.4mm，整個(gè)微帶線總長(zhǎng)度約為濾波器中心頻率在此基片上對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的一半。各微帶線諧振器之間的距離11、12、13、14、15、16、17依次為3.06mm，0.9mm，3.76mm，0.92mm，3.76mm，0.9mm，3.06mm。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MgO、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，通帶插入損耗為0.3dB，帶邊陡峭度低端為35dB/MHz，高端為30dB/MHz。在增加濾波器節(jié)數(shù)的情況下，帶邊會(huì)更加陡峭，帶外抑制會(huì)更好。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的另一種采用圖3結(jié)構(gòu)的諧振器的高溫超導(dǎo)濾波器實(shí)施例結(jié)構(gòu)布局如圖6所示。濾波器中心頻率為1887.5MHz，相對(duì)帶寬為0.27％。圖中白色部分為L(zhǎng)aAlO3基片，尺寸為23.56*18.52mm，畫斜線部分為超導(dǎo)微帶線。輸入輸出饋線601和602的寬度皆為0.16mm，對(duì)應(yīng)于50歐姆輸入輸出阻抗，饋線601長(zhǎng)度為2.96mm，距基片頂部距離為5.84mm，602長(zhǎng)度為2.58mm，距基片頂部距離為3mm，各自與輸入輸出耦合線611和612相連接。輸入輸出耦合線611長(zhǎng)度為9.68mm，寬度為0.16mm，612長(zhǎng)度為10.56mm，寬度為0.16mm，611和諧振器62間距離為0.5mm，612和諧振器69間距離為0.64mm。62到69為8個(gè)尺寸結(jié)構(gòu)完全相同的單折疊結(jié)構(gòu)諧振器，平行排列形成諧振器陣，距基片底部距離為3mm。以第3個(gè)諧振器64為例來說明諧振器的尺寸。整個(gè)諧振器各處微帶線寬度皆為0.2mm，長(zhǎng)邊642長(zhǎng)度為12.52mm，短邊641長(zhǎng)度為9.68mm，長(zhǎng)邊642和短邊641之間距離為0.4mm，整個(gè)微帶線總長(zhǎng)度約為濾波器中心頻率在此基片上對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的一半。各微帶線諧振器之間的距離11、12、13、14、15、16、17依次為1.2mm，1.52mm，1.56mm，1.6mm，1.56mm，1.52mm，1.2mm。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MgO、Sapphire等其它材料的基片。
圖7為本濾波器實(shí)施例的響應(yīng)曲線圖，圖中實(shí)線71為傳輸損耗S21曲線，虛線72為反射損耗S11曲線，通帶插入損耗約為0.29dB，帶邊陡峭度低端為27dB/MHz，高端為19dB/MHz。在增加濾波器節(jié)數(shù)的情況下，帶邊會(huì)更加陡峭，帶外抑制會(huì)更好。
權(quán)利要求
1.一種微波單折疊濾波器，包括多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的諧振器組成諧振器陣，其特征在于，該諧振器由一根微帶線折疊形成一個(gè)開口端和一個(gè)封閉端的單折疊結(jié)構(gòu)，該開口端的兩邊微帶線長(zhǎng)度不同，各諧振器平行排列，且兩兩對(duì)稱放置，長(zhǎng)邊在內(nèi)形成多個(gè)類發(fā)夾形諧振器組，輸入輸出耦合線與輸入輸出饋線相連接，且輸入輸出耦合線各自與所述諧振器陣中最靠近的一個(gè)諧振器相耦合。
2.一種微波單折疊濾波器，包括多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的諧振器組成諧振器陣，其特征在于，該諧振器由一根微帶線折疊形成一個(gè)開口端和一個(gè)封閉端的單折疊結(jié)構(gòu)，該開口端的兩邊微帶線長(zhǎng)度不同，各諧振器依次平行同方向排列，輸入輸出耦合線與輸入輸出饋線相連接，且輸入輸出耦合線各自與所述諧振器陣中最近鄰諧振器相耦合。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微波單折疊濾波器，其特征在于，所說輸入輸出耦合線各自與所述諧振器陣中最近鄰諧振器的一邊頂端對(duì)齊。
全文摘要
本發(fā)明屬于微波窄帶濾波器的技術(shù)領(lǐng)域，涉及微波單折疊濾波器，其一種結(jié)構(gòu)包括多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的諧振器組成諧振器陣，其特征在于，該諧振器由一根微帶線折疊形成一個(gè)開口端和一個(gè)封閉端的單折疊結(jié)構(gòu)，該開口端的兩邊微帶線長(zhǎng)度不同，各諧振器平行排列，且兩兩對(duì)稱放置，長(zhǎng)邊在內(nèi)形成多個(gè)類發(fā)夾形諧振器組，輸入輸出耦合線與輸入輸出饋線相連接，且輸入輸出耦合線各自與所述諧振器陣中最靠近的一個(gè)諧振器相耦合。另一種結(jié)構(gòu)的不同之處為各諧振器依次平行同方向排列。本發(fā)明具有插入損耗小，帶外抑制大，過渡帶陡峭，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，整體尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01P1/203GK1414656SQ02156889
公開日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者曹必松, 朱美紅, 郭旭波, 張國(guó)勇, 何山, 溫迪克 申請(qǐng)人:清華大學(xué)