專利名稱：共面波導(dǎo)濾波器及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在移動通信、衛(wèi)星通信、固定微波通信和其它通信技術(shù)領(lǐng)域中，在有選擇地分離特定頻帶的信號中使用的共面波導(dǎo)濾波器，尤其涉及用共面線構(gòu)造的這種濾波器及其形成方法。
背景技術(shù)：
近來，提出將采用共面線構(gòu)造的共面波導(dǎo)濾波器來作為在微波通信的發(fā)送和接收過程中的信號分離中使用的濾波器。將通過參照圖1來描述共面線的概念。
在圖1中，在電介質(zhì)襯底1上形成帶狀(ribbon-like)中央導(dǎo)體2、以及第一和第二接地導(dǎo)體(ground conductor)3a和3b，所述第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b被置于中央導(dǎo)體2的相對側(cè)，且具有與中央導(dǎo)體之間的等間距。包括中央導(dǎo)體2、第一和第二導(dǎo)體3a和3b的三個部件被彼此平行且彼此共面地形成在電介質(zhì)襯底1的公共表面上。共面線具有以下特征在形成電感耦合器的過程中不需要通孔(via-hole)，有可能不用改變特性阻抗而實現(xiàn)小型化，并可得到更大的設(shè)計自由度。用w表示中央導(dǎo)體2的寬度，并用s表示中央導(dǎo)體2與第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b中的每個之間的間距，則共面線具有由中央導(dǎo)體2的線寬w、以及第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b之間的間距d(w+2s)所確定的特性阻抗。
參照圖2A到2C，現(xiàn)在將描述共面波導(dǎo)濾波器的傳統(tǒng)例子，其中，第一到第四諧振器5a到5d被置于一條線上。每個諧振器包括具有等價于四分之一波長的電長度的中央導(dǎo)體2、以及置于中央導(dǎo)體2的相對側(cè)、并與中央導(dǎo)體2平行且以間距s與中央導(dǎo)體2隔開的第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b，上述部件形成在電介質(zhì)襯底1的公共表面上。
向共面波導(dǎo)輸入信號的共面波導(dǎo)的第一輸入/輸出終端部分4a與第一諧振器5a電容性耦合(capacitivelycouple)。在示出的例子中，第一輸入/輸出終端部分4a的中央導(dǎo)線24a的一端和第一諧振器5a的中央導(dǎo)線2R1的一端被用梳齒方式(comb teeth)以彼此配對的關(guān)系放置、并以間隙g1被隔開以便增強電容性耦合，從而形成第一電容耦合器6a。通過分別連接到第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b的短線導(dǎo)體(shorting line conductor)7a1和7a2，將中央導(dǎo)線2R1的另一端和第二諧振器5b的中央導(dǎo)線2R2的一端連接在一起，從而在第一和第二諧振器5a和5b之間形成第一電感耦合器8a。
在短線導(dǎo)體7a1和7a2的每一邊上，凹槽(cut)20被形成到第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b中，由此短線導(dǎo)體7a被明顯地延長，從而增加了第一電感耦合器8a的耦合度。在第二諧振器5b的中央導(dǎo)線2R2的另一端和第三諧振器5c的中央導(dǎo)線2R3的一端之間提供間隙g2，由此，通過第二電容耦合器6b將第二和第三諧振器5b和5c耦合在一起。
中央導(dǎo)線2R3的另一端和第四諧振器5d的中央導(dǎo)線2R4的一端通過短線導(dǎo)體7b1和7b2被連接在一起，并被連接到接地導(dǎo)體3a和3b，由此，通過第二電感耦合器8b將第三和第四諧振器5c和5d耦合在一起。在第二電感耦合器8b中，也將凹槽20形成到接地導(dǎo)體3a和3b中。
第四諧振器5d和第二輸入/輸出終端部分4b被電容性耦合。具體地，中央導(dǎo)線2R4的另一端和第二輸入/輸出終端部分4b的中央導(dǎo)線24b被以嚙合梳齒(meshing comb teeth)的結(jié)構(gòu)形成，并以相對的關(guān)系放置，且以間隙g3隔開，由此形成在其間提供強耦合的第三電容耦合器6c。
如上面所提到的，由中央導(dǎo)線的寬度w、以及第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b之間的接地導(dǎo)體間距d(w+2s)來確定共面線的特性阻抗。然而，為了易于設(shè)計，一起形成傳統(tǒng)波導(dǎo)濾波器的諧振器5a、5b、5c和5d具有和連接到輸入/輸出終端部分4的各種設(shè)備的特性阻抗一樣的50Ω的特性阻抗。(例如，參見H.Suzuki，Z.Ma，Y.Kobayashi，K.Satoh，S.Narashima和T.Nojima“Alow-loss 5GHZ bandpass filter using HTS quarter-wavelength coplanar waveguideresonators”，IEICE Trans.Electron.，vol.E-85-C，No.3，pp714-719，March 2002.)因此，在形成共面波導(dǎo)濾波器的實現(xiàn)中，通過設(shè)計如下濾波器，在電介質(zhì)襯底上蝕刻導(dǎo)電膜(conductor film)來形成如圖1A所示的模式，其中，當(dāng)將輸入/輸出終端部分的接地導(dǎo)體間距d1和中央導(dǎo)線寬度w1選擇為分別等于諧振器的接地導(dǎo)體間距d2和中央導(dǎo)線寬度w2時，所述濾波器滿足具有50Ω的特性阻抗的預(yù)期濾波響應(yīng)。將功率輸送到生成的共面波導(dǎo)濾波器，并且，確定最大輸入功率，使得出現(xiàn)的功率損耗等于或小于已知值，或者，如果使用超導(dǎo)材料來形成蝕刻的導(dǎo)電膜，則確定最大功率輸入，以便避免超導(dǎo)狀態(tài)的丟失。換句話說，直到已形成了濾波器之后，才能確定最大輸入功率電平。
圖3圖示出傳統(tǒng)共面波導(dǎo)濾波器的電流密度分布。在圖3中，X軸表示共面線的長度的方向，而Y軸表示與其正交的方向，并且，沿著縱坐標(biāo)指示給定坐標(biāo)的電流密度。如后面將作進一步描述的，從圖3中可以看出，電流密度在第一和第二電感耦合器8a和8b的邊線9(用粗線表示)上達到其最大值，并且，這已成為造成功率損耗增加的關(guān)鍵因素。
在位于距共面線的輸入約8.5mm距離的第一電感耦合器8a處、以及位于距該輸入約20mm距離的第二電感耦合器8b處，電流密度呈現(xiàn)為約2200A/m的最大值。圖4以放大比例圖示了第一電感耦合器8a的電流密度分布。圖4中示出的沿著X軸的位置表示以圖2中示出的第一輸入/輸出終端部分4a的信號輸入端作為基準(zhǔn)的長度，而對應(yīng)于8.892mm的位置在圖2中用線IV-IV指示。具體地，從位于朝向第二諧振器5b的短線導(dǎo)體7a1的側(cè)邊緣(lateral edge)向輸入退回0.014mm的X軸位置表示圖4中示出的8.892mm的位置。圖4示出從此位置到輸出的0.1mm的范圍內(nèi)的電流密度分布?？梢钥闯?，電流密度在包括短線導(dǎo)體7a1接觸第一接地導(dǎo)體3a的拐角α、以及短線導(dǎo)體7a1接觸中央導(dǎo)線2R2的另一個拐角β的兩個位置處特別高，并且，該電流在位于第一接地導(dǎo)體3a中的矩形凹槽20的拐角α的相對側(cè)上的拐角γ處被集中，其中所述矩形凹槽是為了增加電感耦合器8的耦合度的目的而提供的。電流集中的這種峰值還出現(xiàn)在相對于通過短線導(dǎo)體7a1的寬度的中心所畫的中心線、與拐角α、β和γ線對稱分布的各個拐角處。特別高的電流集中峰值出現(xiàn)在三個拐角α、β和γ處。應(yīng)當(dāng)理解，第二接地導(dǎo)體3b的一邊上有著相同的趨勢，在短線導(dǎo)體7a2和中央導(dǎo)線2R2以及第二接地導(dǎo)體3b之間的每個拐角處產(chǎn)生電流集中。
在傳統(tǒng)濾波器中，已有的增加電感耦合器的耦合度的方法為減小短線導(dǎo)體7a1和7a2的寬度、或通過將凹槽20提供到接地導(dǎo)體3中來增大短線導(dǎo)體的實質(zhì)長度。這種方法的結(jié)果是，電流集中出現(xiàn)在形成電感耦合器的短線導(dǎo)體的拐角處，并且，在其中由超導(dǎo)材料構(gòu)成電介質(zhì)襯底上的導(dǎo)電膜的濾波器中產(chǎn)生了一個問題，即，如果諧振器在臨界溫度以下被冷卻，則超過臨界電流密度的電流集中的出現(xiàn)會破壞超導(dǎo)狀態(tài)。
還產(chǎn)生了一個問題，即，短線導(dǎo)體7a1、7a2、7b1和7b2的構(gòu)造結(jié)構(gòu)變得更精細(xì)或復(fù)雜，在保證設(shè)計精度方面帶來了困難。
已考慮到這些方面而做出本發(fā)明，并且，為其目的，本發(fā)明提供一種共面波導(dǎo)濾波器，其通過確?？梢跃S持設(shè)計精度、并在元件導(dǎo)電膜由超導(dǎo)材料構(gòu)成的情況下避免超導(dǎo)狀態(tài)被破壞的構(gòu)造，來減小諧振器中的最大電流密度，并避免功率損耗的增加。
還應(yīng)當(dāng)理解，在傳統(tǒng)形成方法中，在已形成共面波導(dǎo)濾波器之后確定濾波器輸入信號的功率，并且，難以制造具有對預(yù)定的輸入信號功率的期望響應(yīng)的濾波器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種共面波導(dǎo)濾波器，包括電介質(zhì)襯底、由在電介質(zhì)襯底上形成的中央導(dǎo)線和接地導(dǎo)體所形成的共面諧振器、以及通過耦合器與所述諧振器耦合的共面輸入/輸出終端部分，其中，使共面諧振器的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度中之一大于輸入/輸出終端部分的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度中對應(yīng)的一個。
根據(jù)本發(fā)明，減弱共面諧振器中的電流密度的集中，以減小功率損耗，并且當(dāng)限定濾波器的導(dǎo)電膜由超導(dǎo)材料構(gòu)成時，防止了超導(dǎo)狀態(tài)的破壞。
根據(jù)本發(fā)明的形成方法，基于預(yù)定的最大電流密度、中央導(dǎo)線寬度對電介質(zhì)襯底的襯墊(spacer)導(dǎo)體間距的比值、以及接地導(dǎo)體材料之間的關(guān)系，來確定與給定的最大電流密度(功率)有關(guān)的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度，并且，基于所確定的值而將中央導(dǎo)線和接地導(dǎo)體的模式形成在電介質(zhì)襯底上。
通過此形成方法，有可能為了預(yù)定的所需輸入功率而形成共面波導(dǎo)濾波器。


圖1為說明共面線的概念的透視圖；圖2A為傳統(tǒng)的共面波導(dǎo)濾波器的平面視圖；圖2B為圖2A的右手側(cè)的正視圖；圖2C為圖2A的前視圖；圖3圖示出傳統(tǒng)共面波導(dǎo)濾波器的電流密度分布；圖4圖示出傳統(tǒng)共面波導(dǎo)濾波器中的電感耦合器的電流密度分布；
圖5A為根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的第一模式的、四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器的平面視圖；圖5B為圖5A的右手側(cè)的正視圖；圖5C為圖5A的前視圖；圖6圖示出根據(jù)第一模式的最大電流密度和諧振器的中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值k之間的關(guān)系；圖7圖示出根據(jù)第一模式的諧振器的無負(fù)載Q值和諧振器的中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值k之間的關(guān)系；圖8圖示出圖5中所示的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器的電流密度分布；圖9圖示出圖5中所示的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器中的電感耦合器的電流密度分布；圖10圖示出根據(jù)第一模式的、四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器中的示例性頻率響應(yīng)；圖11圖示出相對于在根據(jù)實現(xiàn)本發(fā)明的第一模式的濾波器中的中央導(dǎo)線寬度對接地導(dǎo)體間距的比值k而繪制的示例性特性阻抗；圖12為一個實施例的平面視圖，其中將實現(xiàn)本發(fā)明的第一模式應(yīng)用到單極諧振器濾波器；圖13A為一個例子的平面視圖，其中將實現(xiàn)本發(fā)明的第二模式應(yīng)用到四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器；圖13B為圖13A的右手側(cè)的正視圖；圖13C為圖13A的前視圖；圖14圖示出圖13中所示的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器的電流密度分布；圖15圖示出圖13中所示的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器中的電感耦合器的電流密度分布；圖16圖示出相對于中央導(dǎo)線寬度w1而繪制的最大電流密度imax，n；圖17為包含在金屬外殼中的共面波導(dǎo)濾波器的一個實施例的透視圖；圖18為實現(xiàn)本發(fā)明方法的模式的示例性處理程序的流程圖；以及圖19為在圖18中所示的處理程序的一部分中利用的輔助單元的示例性功能結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將通過參照附圖來描述實施本發(fā)明的模式。
實施本發(fā)明的第一模式實施例1將通過參照圖5A到5C來描述實施本發(fā)明的第一模式。以四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器的形式示出實施本發(fā)明的該模式，其中，四分之一波長共面諧振器5a到5d以與圖2中所示的相似方式排列在一條線上。作為區(qū)別，將形成共面波導(dǎo)濾波器的每個諧振器的接地導(dǎo)體3a和3b之間的接地導(dǎo)體間距d1選擇為大于輸入/輸出終端部分4a和4b中的每個的接地導(dǎo)體間距dio。
例如，從與連接至第一輸入/輸出終端部分4a和4b的設(shè)備的特性阻抗相匹配的觀點來說，將對其輸入信號的第一輸入/輸出終端部分4a的特性阻抗選擇為50Ω。
因此，在本例子中，將第一和第二輸入/輸出終端部分4a和4b的每個中央導(dǎo)體的每條線24a和24b的寬度Wio選擇為0.218mm，而將接地導(dǎo)體間距dio選擇為0.4mm。另一方面，在排列在第一和第二輸入/輸出終端部分4a和4b之間的諧振器5a到5d的每個中，中央導(dǎo)體2R1到2R4中的每個都具有等于0.218mm、并由此等于第一和第二輸入/輸出終端部分4a和4b的中央導(dǎo)體寬度的寬度w1，但在圖5中，每個接地導(dǎo)體間距d1被選擇為大于0.4mm，并處于等于或小于最大值1.78mm的范圍中。因此，在此例子中，每個諧振器的接地導(dǎo)體間距d1大于第一和第二輸入/輸出終端部分4a和4b中的每個的接地導(dǎo)體間距dio。然而，如從圖6中將明顯看出的，在此圖中，當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1增大時，imax，n-k特性曲線向下移動，并且該曲線的斜率變得平緩，并且，因此d1不被限制為等于或小于上面提到的1.78mm。
在第一輸入/輸出終端部分4a和第一諧振器5a之間形成第一電容耦合器6a的電容耦合端51和61以對應(yīng)于增大的接地導(dǎo)體間距d1的方式，朝向接地導(dǎo)體3a和3b延伸，并且，所述電容耦合端51和61以靠近相對方式、且以間隙g1相隔開地被放置。例如，將以相對的關(guān)系放置所述端51和61的長度選擇為等于圖2中示出的第一電容耦合器6a的耦合端之間的相對的長度。因此，通過簡單的構(gòu)造來形成第一電容耦合器6a，其中，耦合端沿著直線相對，而不使用復(fù)雜的嚙合梳齒結(jié)構(gòu)。
在第一和第二諧振器5a和5b之間耦合的短線導(dǎo)體7a1和7a2具有足夠的長度來提供滿意的耦合度，以起到第一電感耦合器8a的作用，而不在這些短線導(dǎo)體7a1和7a2、以及第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b之間的接合區(qū)域中，將如圖2A所示的凹槽20形成到第一接地導(dǎo)體3a和第二接地導(dǎo)體3b中，這是因為接地導(dǎo)體間距d1大于現(xiàn)有技術(shù)的對應(yīng)值。因此，第一電感耦合器8a具有比圖2中所示的結(jié)構(gòu)簡單的結(jié)構(gòu)。
以和第一電感耦合器8a相同的方式來構(gòu)造第二電感耦合器8b。因此，在實施本發(fā)明的第一模式中，沒有為增加電感耦合器8a和8b的耦合度而將凹槽20形成到已在現(xiàn)有技術(shù)中使用的接地導(dǎo)體中。換句話說，中央導(dǎo)線2R1到2R4和接地導(dǎo)體3a及3b之間的間距S2等于形成電感耦合器8a和8b的短線導(dǎo)體7a1、7a2、7b1和7b2中的每個的長度L，并因此，不存在形成到接地導(dǎo)體3a和3b中的矩形凹槽20。
換句話說，短線導(dǎo)體7a1和7b1與接地導(dǎo)體3a成直角連接，并且，朝向接地導(dǎo)體放置的接合處的邊緣延伸到與中央導(dǎo)線2R1和2R4平行的第一和第二電容耦合器6a和6b的位置。
由此，短線導(dǎo)體7a和7b及其與接地導(dǎo)體的接合呈現(xiàn)為可易于制造的簡單結(jié)構(gòu)，減小了電流密度很可能被集中的載流線(current carrying line)上的拐角。除了在結(jié)構(gòu)上改變了電容耦合器的耦合端、以及在形成電感耦合器的短線導(dǎo)體和接地導(dǎo)體之間的接合區(qū)域中不形成凹槽之外，第一諧振器5a之后的結(jié)構(gòu)和上面結(jié)合圖2所描述的四分之一波長四級共面濾波器的配置相同。因此，僅簡練地描述其連接。
由于以上面提到的方式來構(gòu)造短線導(dǎo)體7a和7b，所以，諧振器5b、5c和5d的每個中央導(dǎo)線2R2、2R3和2R4、以及接地導(dǎo)體3a和3b之間的間距等于S2。以和圖2中示出的第二電容耦合器6a相同的方式來構(gòu)造放置在第二諧振器5b和第三諧振器5c之間的第二電容耦合器6a。以和圖5中示出的第一電容耦合器6a相同的方式來構(gòu)造放置在第四諧振器5d和第二輸入/輸出終端部分4b之間的第三電容耦合器6c。具體地，中央導(dǎo)線2R4的一端上的電容耦合端62、以及中央導(dǎo)體24b的一端上的電容耦合端52為簡單的寬線性部件(wider linear member)，其在兩邊上，相對于中央導(dǎo)線的每一邊交叉地延伸，并且，被靠近地隔開并彼此相對以增加耦合度。第二輸入/輸出終端部分4b具有等于0.218mm的中央導(dǎo)線寬度wio、等于0.4mm的接地導(dǎo)體間距dio、以及50Ω的特性阻抗，以便和與其連接的外部設(shè)備的特性阻抗相匹配。
圖6中使用接地導(dǎo)體間距d1作為參數(shù)，圖示了對于以圖5中所示方式構(gòu)造的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器中的單個諧振器的、流過濾波器的電流的最大電流密度和比值k之間的關(guān)系的仿真結(jié)果，其中k是諧振器的中央導(dǎo)線寬度w1和接地導(dǎo)體間距d1之間的比值。因此，通過在電感耦合器的區(qū)域中沒有將矩形凹槽20形成到接地導(dǎo)體中的條件下執(zhí)行仿真來獲得此結(jié)果。通過電壓為1Vpp、且頻率為5GHZ的正弦波輸入，來進行該仿真。在圖6中，橫坐標(biāo)表示中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值k或w1/d1，而縱坐標(biāo)表示由按最大電流密度歸一化的最大電流密度imax，n，其中所述最大電流密度在利用接地導(dǎo)體間距d1＝0.4mm、以及50Ω的阻抗的諧振器中出現(xiàn)。將作為參數(shù)的接地導(dǎo)體間距d1選擇為0.4mm、0.545mm、0.764mm、1.055mm和1.780mm。因此，當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1等于1.780mm時，中央導(dǎo)線寬度將處于其最大值，允許中央導(dǎo)線寬度w1在從0.035mm到1.744mm(在接地導(dǎo)體間距d1等于1.780mm時采用該寬度)的范圍中變化。當(dāng)中央導(dǎo)線寬度w1增大、而維持接地導(dǎo)體間距d1不變時，最大電流密度顯示出具有凹形結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，如二次曲線。
圖6中用細(xì)線21繪制的數(shù)據(jù)表示當(dāng)中央導(dǎo)線寬度w1保持為0.218mm不變時所獲得的數(shù)據(jù)。當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1等于0.4mm時，隨之k＝0.54，并且選擇此點22作為表示用于最大電流密度的歸一化的1.0。當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1增大為0.545mm時，隨之k＝0.4，由此，歸一化的最大電流密度(下文中簡單地稱為“電流密度”)減小為約0.83。當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1進一步增大為0.764mm時，隨之k＝0.29，由此，電流密度減小為約0.69。當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1增大為1.055mm時，隨之k＝0.2，由此，電流密度減小為約0.56。當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1增大為1.78mm時，隨之k＝0.12，由此，電流密度減小為約0.4。
這樣，當(dāng)中央導(dǎo)線寬度w1保持不變時，諧振器的最大電流密度隨著接地導(dǎo)體間距d1的增大而減小。
將更為細(xì)致地考慮圖6。如前面提到的，當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1等于0.4mm時，k＝0.54且特性阻抗等于50Ω。在此點22上，最大電流密度被歸一化為1.0。假定可用范圍處于從電流密度的最小值起+10％的范圍內(nèi)，那么，當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1等于0.4mm時，其中最大電流密度等于或小于1.1的k的范圍將處于從0.20到0.73的范圍中。
當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1等于0.545mm時，最大電流密度將為0.83，并在k＝0.47的情況下呈現(xiàn)出最小值。因此，其中最大電流密度保持在從最小值起的+10％內(nèi)的可用范圍將為從最大電流密度為0.91處的k＝0.19到k＝0.71。當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1等于0.764mm時，最大電流密度在k＝0.4處呈現(xiàn)為最小值0.68。因此，其中最大電流密度保持在+10％內(nèi)的可用范圍將為從最大電流密度為0.75處的k＝0.13到k＝0.76。當(dāng)接地導(dǎo)體間距d1等于1.055mm時，最大電流密度在k＝0.4處呈現(xiàn)為最小值0.55。因此，其中最大電流密度保持在+10％內(nèi)的可用范圍將為從最大電流密度為0.61處的k＝0.11到k＝0.75。考慮接地導(dǎo)體間距d1等于1.780mm，則最大電流密度在k＝0.41處呈現(xiàn)為最小值0.37，并且，其中最大電流密度保持在+10％內(nèi)的可用范圍為從最大電流密度為0.41處的k＝0.12到k＝0.70。
從上述結(jié)果中可以看出，對于如上面所考慮的在從0.4到1.78mm的范圍中的接地導(dǎo)體間距d1的值來說，最大電流密度可在k＝0.20到k＝0.70的范圍中維持在從最小值起的+10％之內(nèi)。
這樣，以所述方式將接地導(dǎo)體間距d1和中央導(dǎo)線寬度w1設(shè)置為對應(yīng)于其中相對于k的改變，最大電流密度沒有實質(zhì)改變的范圍的中央部分。隨后，通過遵循所設(shè)置的接地導(dǎo)體間距d1和中央導(dǎo)線寬度w1，在電介質(zhì)襯底上蝕刻導(dǎo)電膜來形成共面波導(dǎo)濾波器以便可以滿足預(yù)期的濾波器響應(yīng)。那么，有可能通過預(yù)先確定其中最大電流密度相對于k沒有實質(zhì)改變的范圍，遵循要求的規(guī)定，而以簡單的方式來形成共面波導(dǎo)濾波器。
圖6中的粗線23表示連接諧振器的特性阻抗Z0保持為Z0＝50Ω不變的點的曲線。在接地導(dǎo)體間距d1等于0.4mm時提供50Ω的特性阻抗Z0的中央導(dǎo)線寬度w1被給定為w1＝0.218mm，并且此點是最大電流密度被歸一化為1.0之處。在接地導(dǎo)體間距d1等于0.545mm時提供50Ω的特性阻抗Z0的中央導(dǎo)線寬度w1被給定為w1＝0.325mm，并且電流密度約為0.84。在接地導(dǎo)體間距d1等于0.764mm時提供50Ω的特性阻抗Z0的中央導(dǎo)線寬度w1被給定為w1＝0.482mm，并且電流密度約為0.70。
在接地導(dǎo)體間距d1等于1.055mm時提供50Ω的特性阻抗Z0的中央導(dǎo)線寬度w1被給定為w1＝0.707mm，并且電流密度約為0.56。在接地導(dǎo)體間距d1等于1.78mm時提供50Ω的特性阻抗Z0的中央導(dǎo)線寬度w1被給定為w1＝1.308mm，并且電流密度約為0.4。
例如，當(dāng)使諧振器的特性阻抗Z0恒定在50Ω不變時，諧振器的最大電流密度可隨著中央導(dǎo)線寬度w1的增大而減小。選擇大于dio的d1會引起最大電流密度減小，并且，最好選擇大于wio的w1，以維持特性阻抗不變，并可通過調(diào)整所述兩個參數(shù)，來將imax，n保持為盡可能小。
減小最大電流密度具有減小諧振器中的導(dǎo)體損耗的效果。圖7示出了諧振器的無負(fù)載Q值和k之間的關(guān)系。在圖7中，橫坐標(biāo)表示中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值或k＝w1/d1，而縱坐標(biāo)表示當(dāng)對于接地導(dǎo)體間距d1＝0.4mm、特性阻抗50Ω處的無負(fù)載Q值被歸一化為基準(zhǔn)1.0時的無負(fù)載Q值Q0，n。通常，在從0.25到0.55的k的范圍中，諧振器的無負(fù)載Q值呈現(xiàn)為其最大值。細(xì)實線24表示連接中央導(dǎo)線寬度w1保持為0.218mm不變的點的曲線。粗實線26表示從點25開始的、連接特性阻抗Z0＝50Ω的點的曲線，其中點25為在中央導(dǎo)線寬度w1＝0.218且接地導(dǎo)體間距d1＝0.4mm的情況下，特性阻抗Z0＝50Ω的位置。
在共面濾波器需要低插入損失響應(yīng)(low insertion loss response)的情況中，可作出排列來設(shè)置提供諧振器的最大無負(fù)載Q值的中央導(dǎo)線寬度對接地導(dǎo)體間距的比值k。
現(xiàn)在將描述特性阻抗和中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比之間的關(guān)系。在分布式恒定線(constant line)上的電流和電壓之間的關(guān)系通常由下面的等式給出I·=V·iZe-γZ-V·rZeγZ=I·ie-γZ+I·reγZ]]>Z=R+jωLG+jωC,]]>γ＝α+β，α=R2CL+G2LC,]]>β=ωLC]]>其中，Ii、Vi行波的電流值和電壓值Ir、Vr反射波的電流值和電壓值γ傳播常數(shù)α衰減常數(shù)β相位常數(shù)Z特性阻抗R串聯(lián)電阻
L串聯(lián)電感G并聯(lián)電導(dǎo)C電容分布式恒定線上的電流值與特性阻抗成反比。共面類線(coplanar type line)的特性阻抗如下給出Z0=η04ϵeff×K′(k)K(k)]]>其中，εeff表示共面類線的有效介電常數(shù)，η0為自由空間中的波阻抗，K(k)為第一類的理想橢圓積分，而′為導(dǎo)數(shù)。
εeff、η0和K(k)表示如下ϵeff=1+ϵr-12×K′(k)K(k)×K(k1)K′(k1)]]>η0=μ0ϵ0=120π]]>K(k)=∫01dx(1-X2)×(1-k2X2)]]>k=wd]]>k1=sinh(πw/4h)sinh(πd/4h)]]>由k、電介質(zhì)襯底的介電常數(shù)εr、以及電介質(zhì)襯底的厚度h來確定特性阻抗Z0。這樣，可通過以適當(dāng)?shù)姆绞礁淖冎醒雽?dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值k來改變特性阻抗。
實施例2考慮到以上內(nèi)容，將描述本發(fā)明的另一個實施例。通過試圖減小定義共面波導(dǎo)濾波器的諧振器的最大電流密度，已對增大的諧振器的特性阻抗的使用作出了研究。通過例子的方式，例如，考慮具有100Ω的特性阻抗的諧振器與具有50Ω的特性阻抗的第一輸入/輸出終端部分4a的組合。上述的、圖5中所示的濾波器包括具有50Ω的特性阻抗的第一輸入/輸出終端部分4a，并且當(dāng)諧振器具有100Ω的特性阻抗時，假定第一輸入/輸出終端部分4a的接地導(dǎo)體間距dio為0.4mm且中央導(dǎo)線寬度wio為0.218mm，則得出諧振器將具有1.780mm的接地導(dǎo)體間距d1和0.218mm的中央導(dǎo)線寬度w1。
圖8中圖示了此數(shù)值例子的、對四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器中的電流密度分布執(zhí)行仿真的結(jié)果，其對應(yīng)于圖4。電流密度在位于距共面線的輸入端約8.0mm的距離的第一電感耦合器8a處、以及還在位于距該輸入端約22mm的距離的第二電感耦合器8b處達到其最大值。電流密度的峰值約為1200A/m，該電流密度與圖3中所示的略小于約2200A/m的峰值相比顯著減小。圖9以與圖4相對應(yīng)的方式、以放大比例圖示了第一電感耦合器8a的電流密度分布。距第一輸入/輸出終端部分4a的信號輸入端8.159mm的距離的位置落在短線導(dǎo)體7a1上，并對應(yīng)于由圖5中示出的線IX-IX所指示的部分。因此，從朝向諧振器5b放置的短線導(dǎo)體7a1的側(cè)邊緣退回約0.02mm的X軸位置，表示圖9中示出的8.159mm的位置。圖9圖示了從此位置開始并向輸出延伸約0.1mm的范圍中的電流密度分布?？梢钥闯?，電流集中出現(xiàn)在短線導(dǎo)體7a1接觸中央導(dǎo)線2R2的拐角β處。圖9中不存在其它出現(xiàn)電流集中的拐角。這樣，通過此實施例，減小了電流密度中的峰值個數(shù)。所述單個峰值約為1200A/m的值，其被減小到約為傳統(tǒng)值的55％的幅度。峰值個數(shù)減小的原因在于，作為在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的進入接地導(dǎo)體的矩形凹槽20在此實施例中不存在這一事實的結(jié)果，發(fā)生電流集中的拐角的數(shù)目減小。峰值電流密度的減小代表將諧振器的特性阻抗增大到100Ω的效果。
通過此實施例，減小了諧振器5a到5b的每個中的電流密度，并且，相對于圖3和4，最大電流密度減小了45％，其被轉(zhuǎn)換為約70％的功率減小。
應(yīng)當(dāng)注意，使用等于100Ω的諧振器的特性阻抗在第一和第二輸入/輸出終端部分4a和4b處產(chǎn)生特性阻抗的失配。在此方面中，對于第一輸入/輸出終端部分4a來說，在第一輸入/輸出終端部分4a和第一諧振器5a之間連接的第一電容耦合器6a用作防止反射損耗的發(fā)生的阻抗轉(zhuǎn)換器。類似地，對于第二輸入/輸出終端部分4b來說，第三電容耦合器6c用作阻抗轉(zhuǎn)換器。
圖10示出在圖5中所示的共面波導(dǎo)濾波器的頻率響應(yīng)。在圖10中，橫坐標(biāo)表示頻率f而縱坐標(biāo)表示增益G。在圖10中，虛線指示濾波器的通頻帶，而實線指示通頻帶內(nèi)的信號反射量。從通頻帶寬度內(nèi)的最大反射小到-30dB的事實中可以看出，不存在由第一和第二輸入/輸出終端部分4a和4b與諧振器5a到5d之間的特性阻抗的差引起的損耗。
在以上描述中，與特性阻抗等于50Ω的第一和第二輸入/輸出終端部分4a和4b相對，諧振器的特性阻抗呈現(xiàn)為100Ω，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這一特性阻抗的組合。例如，通過適當(dāng)改變中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值k，相對于輸入/輸出終端部分的50Ω的特性阻抗而為諧振器選擇150Ω的特性阻抗是容易實現(xiàn)的。圖11圖示了當(dāng)中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值k或k＝w1/d1變化時的特性阻抗Z0的變化。在圖11中，橫坐標(biāo)以對數(shù)比例來表示k，而縱坐標(biāo)使用d1作為參數(shù)來表示特性阻抗Z0。當(dāng)d1等于0.100mm時，特性曲線與當(dāng)d1等于0.400mm時基本相同。當(dāng)d1等于1.780mm時，Z0呈現(xiàn)為稍高的值。有可能為從0.54到0.65的k的范圍建立50Ω的特性阻抗，為0.1左右的k值建立100Ω的特性阻抗，而為等于0.01的k值建立140Ω或更大的特性阻抗。
這樣，通過減小k值，有可能增大特性阻抗。然而，簡單增大特性阻抗不保證可減小最大電流密度。如上述的圖6所示，最大電流密度在大約從0.25到0.55的k的范圍中呈現(xiàn)其最小值。因此，需要的不是簡單減小k來增大特性阻抗。從圖6中看出，當(dāng)k減小到約0.1或更小時，最大電流密度急劇增大?？紤]到圖11中示出的內(nèi)容，即對于0.1左右的k值的特性阻抗約為100Ω，可以看出，如果選擇特性阻抗大于100Ω，則減小最大電流密度的效果變小。由上，作為優(yōu)選，將k選擇為約0.08或更大，而將所述阻抗設(shè)置在100Ω或更小。
在本實施例中，已描述了一個例子，其中串聯(lián)連接四個諧振器，但應(yīng)當(dāng)理解，諧振器的數(shù)目不限于四個。即使單級諧振器也可起到濾波器的作用。例如，對于單級諧振器來說，圖10中示出的頻率響應(yīng)中，由實線指示的反射響應(yīng)將僅在一個位置處急劇衰減，并且，由虛線指示的通頻帶響應(yīng)將為在反射響應(yīng)顯示出急劇衰減的頻率處具有陡峰的窄響應(yīng)(narrow response)。這樣，即使通頻帶變窄，單級諧振器仍起到濾波器的作用。圖12中示出了由單級諧振器形成的濾波器的例子。第一諧振器5a的中央導(dǎo)線2R1的一端通過第一電容耦合器6a與第一輸入/輸出終端部分4a耦合，而中央導(dǎo)線2R1的另一端通過第一電感耦合器8a與第二輸入/輸出終端部分4b耦合。將第一和第二輸入/輸出終端部分4a和4b的中央導(dǎo)線寬度wio和諧振器5a的中央導(dǎo)線寬度w1選擇為彼此相等，而將諧振器5a的接地導(dǎo)體間距d1選擇為大于第一和第二輸入/輸出終端部分4a和4b的接地導(dǎo)體間距d1。朝向第一輸入/輸出終端部分4a放置的第一電容耦合器6a的電容耦合端51表示中央導(dǎo)線24a的簡單延長，而通過中央導(dǎo)線2R1自身直接限定朝向中央導(dǎo)線2R1放置、并與耦合端51相對的電容耦合端61。因此，第一電容耦合器6a具有比圖5中示出的第一電容耦合器6a小的耦合強度。
第二輸入/輸出終端部分4b的中央導(dǎo)線24b直接與短線導(dǎo)體7a1和7a2相連接。通過電感耦合器8a將諧振器5a和第二輸入/輸出終端部分4b耦合在一起。諧振器和輸入/輸出終端部分之間的耦合根據(jù)耦合強度的設(shè)計平衡而設(shè)置，并可包括電容或電感耦合。
如將從單級諧振器濾波器的濾波器響應(yīng)的描述中理解的，當(dāng)使用多個諧振器時，例如，在圖5示出的例子中，通過調(diào)整諧振器5a到5d中的相鄰諧振器之間的耦合，獲得圖10中示出的總體需要的通頻帶寬。
在實施本發(fā)明的該模式中，中央導(dǎo)線2和第一和第二接地導(dǎo)體可由鑭-、釔-、鉍-、鉈-以及其它高溫超導(dǎo)體構(gòu)成，以限定超導(dǎo)波導(dǎo)濾波器。由于根據(jù)本發(fā)明來減小最大電流密度已成為可能，所以，出現(xiàn)電流流動超過高溫超導(dǎo)體的臨界電流的可能性被最小化，使得超導(dǎo)共面波導(dǎo)濾波器的低損失效果被完全實現(xiàn)，而不伴隨超導(dǎo)共面波導(dǎo)濾波器的損壞。例如，通過參照圖6，可預(yù)先選擇中央導(dǎo)線寬度和接地導(dǎo)體間距，以在所要求的最大電流密度下，避免電流流動超過高溫超導(dǎo)體的臨界電流。
實施本發(fā)明的第二模式現(xiàn)在將描述實施本發(fā)明的第二模式，其中，特性阻抗維持不變，而使諧振器的中央導(dǎo)線寬度w1大于輸入/輸出終端部分的中央導(dǎo)線寬度wio，以減小電流密度。
圖13A到13C中圖解了實施本發(fā)明的第二模式。在此例子中，四個四分之一波長四級共面諧振器5a到5d串聯(lián)連接，并且此例子與圖2中示出的現(xiàn)有配置的不同之處在于，諧振器5a到5d中的每個的中央導(dǎo)線寬度w1和接地導(dǎo)體間距d1大于輸入/輸出終端部分4a和4b中的每個的中央導(dǎo)線寬度wio和接地導(dǎo)體間距dio。然而，在此例子中，從表示信號輸入終端的第一輸入/輸出終端部分4a，通過各個諧振器到表示信號輸出終端的第二輸入/輸出終端部分4b的特性阻抗采用恒定值，該值被選擇為50Ω。在被置于輸入和輸出端的第一和第二電容耦合器6a和6c中，與中央導(dǎo)體24a和24b相鄰放置的電容耦合端51和52以中央導(dǎo)體的交叉相對方向(opposite crosswise direction)上延長，并被與諧振器的電容耦合端61和62平行且靠近相對地放置，以通過與圖5中示出的實施例中的方式相類似的方式來加強耦合。在第一和第二電感耦合器8a和8b中的第一和第二接地導(dǎo)體3a和3b中的任一個中都未形成圖2中示出的矩形凹槽20。為給出特定數(shù)值，與圖5中的0.218mm相對，在此例子中的形成諧振器的中央導(dǎo)線寬度w1被選擇為1.164mm。
圖14中圖示出根據(jù)實施本發(fā)明的第二模式的四分之一波長四級共面波導(dǎo)濾波器的電流密度分布，其對應(yīng)于圖3。在位于距共面線的輸入約10mm距離的第一電感耦合器8a處、以及位于距該輸入約25mm距離的第二電感耦合器8b處，電流密度處于其最大值。電流密度的峰值約為1100A/m，其比圖3中示出的峰值顯著減小。圖15以與圖4相對應(yīng)的方式、以放大比例圖示出第一電感耦合器8a的電流密度分布。圖15中示出的在10.437mm的位置表示與圖13中示出的線XV-XV相對應(yīng)的X軸位置，從朝向諧振器5b放置的短線導(dǎo)體7a1的側(cè)邊緣向輸入退回約0.02mm時到達該位置。圖15圖示出從此位置開始并向輸出延伸0.1mm的區(qū)域中的電流密度分布。應(yīng)當(dāng)注意，電流集中出現(xiàn)在作為短線導(dǎo)體7a1和中央導(dǎo)線2R2之間的接合的拐角β處。峰值達到約1100A/m。除了此峰值，不存在其它峰值或集中的電流密度。將在示出上面與現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合來描述的第一電感耦合器8a處的電流密度分布的圖14、以及實施本發(fā)明的第二模式的第一電感耦合器8a處的電流密度分布之間考慮作一個比較。首先應(yīng)當(dāng)注意，在當(dāng)前例子中，電流密度的峰值個數(shù)減少。峰值具有約為1100A/m的值，其降低至約50％的級別。峰值數(shù)的減少可歸因于在當(dāng)前例子中，不存在在現(xiàn)有技術(shù)中使用的置入接地導(dǎo)體的矩形凹槽20。電流密度的峰值的減少代表增大中央導(dǎo)線寬度w1的效果。
可以看出，如果特性阻抗維持在50Ω不變，則通過增大中央導(dǎo)線寬度w1來減小每個諧振器中的電流密度，在最大電流密度中的減小總計約為50％，其等價于約75％的功率減小。
圖16中圖示出當(dāng)特性阻抗維持不變時，相對于中央導(dǎo)線寬度w1而繪出的最大電流密度。在圖16中，橫坐標(biāo)表示中央導(dǎo)線寬度w1，而縱坐標(biāo)表示每個特性阻抗線的最大電流密度imax，其中通過中央導(dǎo)線寬度w1等于1.16mm的50Ω的特性阻抗線上的最大電流密度對所述最大電流密度imax歸一化。示出對于作為參數(shù)的20、40、50、60、70、80、100和150Ω的特性阻抗的響應(yīng)。應(yīng)當(dāng)注意，所述響應(yīng)為這種響應(yīng)，即隨著中央導(dǎo)線寬度w1增大，最大電流密度變小。
由于通常使用50Ω的特性阻抗，所以，當(dāng)從第一輸入/輸出終端部分4a到第二輸入/輸出終端部分4b使用50Ω的特性阻抗時，諧振器的中央導(dǎo)線寬度w1可從第一輸入/輸出終端部分4a的中央導(dǎo)線寬度wio延長的范圍可從圖11中確定。由于當(dāng)?shù)谝惠斎?輸出終端部分4a具有0.4mm的接地導(dǎo)體間距dio和0.218mm的中央導(dǎo)線寬度wio時，第一輸入/輸出終端部分4a具有等于0.54的k值，所以，通過在0.54＜k≤0.65的范圍中選擇諧振器的k值，可通過增大中央導(dǎo)線寬度w1而從圖11中得到電流密度減小的效果。
如上面提到的，根據(jù)本發(fā)明，可將電流密度減小到現(xiàn)有技術(shù)的共面濾波器的最大電流密度之下，其中在現(xiàn)有技術(shù)中，將諧振器的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度選擇為等于輸入/輸出終端部分的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度。
盡管已通過將接地導(dǎo)體間距d1的最大值選擇為1.780mm、且將中央導(dǎo)線寬度w1的最大值選擇為1.308mm來描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這些數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明，通過選擇中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值w1/d1，使優(yōu)選的濾波器設(shè)計成為可能，并且因此，本發(fā)明并不由這樣的數(shù)值決定。
圖17中示出根據(jù)本發(fā)明的再一實施例的共面波導(dǎo)濾波器。例如，正方形管狀金屬外殼10包含上面提到的實施例中的任意一個的共面波導(dǎo)濾波器11。將共面波導(dǎo)濾波器11與外殼10的一個側(cè)面平行且呈相對關(guān)系地放置，外殼10的內(nèi)部空間基本上被共面波導(dǎo)濾波器11作二等分。從共面波導(dǎo)濾波器11發(fā)射的電磁功率幾乎全部被外殼10的內(nèi)表面反射，并且所發(fā)射的電磁功率的大部分被共面波導(dǎo)濾波器11回收，由此減小了發(fā)射損耗。通常，將使用超導(dǎo)材料的共面波導(dǎo)濾波器包含在某些種類的外殼中，以產(chǎn)生超導(dǎo)狀態(tài)。
可將本發(fā)明類似地應(yīng)用于傳輸線，如接地共面線，只要其能夠通過適當(dāng)設(shè)計來形成濾波器、以及調(diào)節(jié)輸入/輸出終端部分的特性阻抗和在傳輸線內(nèi)形成的諧振器的特性阻抗。
實施本發(fā)明的第三模式作為實施本發(fā)明的第三模式，將描述根據(jù)本發(fā)明的形成濾波器的方法。圖18中示出用于此模式的處理程序的例子，而圖19中示出在該程序的一部分中使用的輔助單元的示例性功能結(jié)構(gòu)。
對于具有中央導(dǎo)線寬度w1和接地導(dǎo)體間距d1的變化值的共面諧振器5，基于在假定要使用共面波導(dǎo)濾波器的系統(tǒng)中所要求的電流(功率)，通過使用最大電流密度計算器31來確定諧振器5中的最大電流密度(步驟S1)。
對于這樣得到的大量計算結(jié)果，以在對實施本發(fā)明的第一模式的描述中的上述方式，參照圖6來確定中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值k或k＝w1/d1的每個值的歸一化最大電流密度imax，n，并且，將此對應(yīng)關(guān)系以及主要的所計算的電流值存儲在數(shù)據(jù)庫32中(步驟S2)。
預(yù)先準(zhǔn)備此數(shù)據(jù)庫32。
因此，形成濾波器的方法通常以根據(jù)使用共面波導(dǎo)的系統(tǒng)所要求的電流id、而通過最大電流密度判定單元33獲得在數(shù)據(jù)庫32中的幾個歸一化最大電流密度而開始(步驟S3)。
選擇器34選擇多個k值并顯示在顯示器35上，其中所述k值對應(yīng)于歸一化最大電流密度的范圍，所述最大電流密度的范圍等于或小于如上獲得的、高于幾個歸一化最大電流密度10％的值(步驟S4)。
對于幾個所選擇的k，由參數(shù)計算器36基于所要求的特性阻抗、外部輪廓(outer profile)尺寸以及其它條件，而確定接地導(dǎo)體間距d1和中央導(dǎo)線寬度w1，并將其顯示在顯示器35上(步驟S5)。
隨后為具有所顯示的接地導(dǎo)體間距d1和中央導(dǎo)線寬度w1的濾波器、輸入/輸出終端部分和每個耦合器設(shè)計模式(pattern)(步驟S6)。蝕刻電介質(zhì)襯底上的導(dǎo)體膜，以便可得到所設(shè)計的模式，由此形成期望的共面波導(dǎo)濾波器(步驟S7)。
當(dāng)期望如系統(tǒng)需求來減小最大電流密度時，可增加特性阻抗，和/或減小中央導(dǎo)線寬度。當(dāng)期望如系統(tǒng)需求來減小導(dǎo)體損耗時，可修改k，以便增加諧振器5的無負(fù)載Q。
這樣，可形成符合系統(tǒng)要求的電流的濾波器。這與現(xiàn)有技術(shù)截然不同，其中，確定完整濾波器中的最大電流密度，并隨后確定在相應(yīng)系統(tǒng)中的使用的電流(功率)。
權(quán)利要求
1.一種共面波導(dǎo)濾波器，包括電介質(zhì)襯底、由在所述電介質(zhì)襯底上形成的中央導(dǎo)線和接地導(dǎo)體所形成的共面波導(dǎo)諧振器、以及通過耦合器與所述諧振器耦合的共面輸入/輸出終端部分；其中，所述共面波導(dǎo)諧振器的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度之一大于所述輸入/輸出終端部分的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度中的對應(yīng)的一個。
2.如權(quán)利要求1所述的共面波導(dǎo)濾波器，其中，所述濾波器包括多個所述共面波導(dǎo)諧振器、至少一對通過電感耦合器耦合在一起的相鄰共面波導(dǎo)諧振器、形成具有等于所述共面波導(dǎo)諧振器的接地導(dǎo)體和中央導(dǎo)線之間的間距的長度的電感耦合器的短線導(dǎo)體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的共面波導(dǎo)濾波器，其中，所述共面波導(dǎo)諧振器的接地導(dǎo)體間距大于所述輸入/輸出終端部分的接地導(dǎo)體間距，并且其中，所述共面波導(dǎo)諧振器的中央導(dǎo)線寬度w對接地導(dǎo)體間距d的比值k(＝w/d)滿足以下關(guān)系0.20≤k≤0.70。
4.如權(quán)利要求3所述的共面波導(dǎo)濾波器，其中，所述共面波導(dǎo)諧振器具有大于所述輸入/輸出終端部分的特性阻抗的特性阻抗。
5.如權(quán)利要求4所述的共面波導(dǎo)濾波器，其中，耦合所述輸入/輸出終端部分和所述共面波導(dǎo)諧振器的耦合器還起到匹配所述兩個特性阻抗的阻抗轉(zhuǎn)換器的作用。
6.如權(quán)利要求1或2所述的共面波導(dǎo)濾波器，其中，所述共面波導(dǎo)諧振器的接地導(dǎo)體間距大于所述輸入/輸出終端部分的接地導(dǎo)體間距，所述共面波導(dǎo)諧振器的中央導(dǎo)線寬度等于所述輸入/輸出終端部分的中央導(dǎo)線寬度，所述共面波導(dǎo)諧振器具有大于所述輸入/輸出終端部分的特性阻抗的特性阻抗。
7.如權(quán)利要求1或2所述的共面波導(dǎo)濾波器，其中，所述共面波導(dǎo)諧振器的中央導(dǎo)線寬度至少大于所述輸入/輸出終端部分的中央導(dǎo)線寬度，并且，所述共面波導(dǎo)諧振器具有與所述輸入/輸出終端部分的特性阻抗相等的特性阻抗。
8.如權(quán)利要求7所述的共面波導(dǎo)濾波器，其中，所述輸入/輸出終端部分的中央導(dǎo)線寬度wio對接地導(dǎo)體間距dio的比值k(＝wio/dio)等于0.54，而所述諧振器的中央導(dǎo)線寬度w1對接地導(dǎo)體間距d1的比值k(等于w1/d1)滿足以下關(guān)系0.54≤k≤0.65。
9.如權(quán)利要求1至7中的一項所述的共面波導(dǎo)濾波器，其中，所述共面波導(dǎo)諧振器和所述輸入/輸出終端部分由超導(dǎo)材料構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求1至8中的一項所述的共面波導(dǎo)濾波器，還包括金屬外殼，用于容納所述電介質(zhì)襯底、所述共面波導(dǎo)諧振器和所述輸入/輸出終端部分。
11.如權(quán)利要求1至8中的一個所述的共面波導(dǎo)濾波器，其中，所述共面波導(dǎo)濾波器具有最大電流密度，其中設(shè)置所述最大電流密度以便不超過在所述共面諧振器的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度分別等于所述輸入/輸出終端部分的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度時出現(xiàn)的最大電流密度。
12.一種形成共面波導(dǎo)濾波器的方法，其中所述共面波導(dǎo)濾波器包括電介質(zhì)襯底、由在所述電介質(zhì)襯底的表面上形成的中央導(dǎo)線和接地導(dǎo)體所形成的諧振器、以及輸入/輸出終端部分，所述方法包括步驟確定系統(tǒng)所要求的共面波導(dǎo)濾波器中的最大電流密度；基于為所述電介質(zhì)襯底和接地導(dǎo)體的材料而設(shè)置的最大電流密度與所述諧振器的中央導(dǎo)線寬度對接地導(dǎo)體間距的比值之間的關(guān)系，來確定用于允許所確定的最大電流密度的接地導(dǎo)體間距和中央導(dǎo)線寬度；以及基于所確定的值來在所述電介質(zhì)襯底的表面上形成中央導(dǎo)線和接地導(dǎo)體。
13.如權(quán)利要求12所述的形成共面波導(dǎo)濾波器的方法，其中，最大電流密度與中央導(dǎo)線寬度對接地導(dǎo)體間距的比值之間的關(guān)系通過查詢實際存儲所確定的值的數(shù)據(jù)庫來確定所述接地導(dǎo)體間距和所述中央導(dǎo)線寬度。
14.如權(quán)利要求12或13所述的形成共面波導(dǎo)濾波器的方法，其中，所確定的最大電流密度具有從諧振器的最大電流密度當(dāng)中的最小值起+10％或小于+10％內(nèi)的值。
15.如權(quán)利要求12至13中的一項所述的形成共面波導(dǎo)濾波器的方法，其中，由超導(dǎo)材料形成中央導(dǎo)線和接地導(dǎo)體，并且其中，基于超導(dǎo)材料的臨界電流密度來確定系統(tǒng)需求。
16.如權(quán)利要求12或13所述的形成共面波導(dǎo)濾波器的方法，其中，當(dāng)系統(tǒng)需求要求減小最大電流密度時，修改特性阻抗和中央導(dǎo)線寬度中的至少一個。
17.如權(quán)利要求12或13所述的形成共面波導(dǎo)濾波器的方法，其中，當(dāng)系統(tǒng)需求要求減小導(dǎo)體損耗時，基于所述諧振器的無負(fù)載Q值來改變中央導(dǎo)線寬度的比值。
全文摘要
將多個四分之一波長共面諧振器5a到5d串聯(lián)形成在電介質(zhì)襯底(1)上，而將共面輸入/輸出終端部分4a和4b形成在串聯(lián)連接的相對端的電介質(zhì)襯底上，用于分別與諧振器5a和5d耦合。諧振器5a到5d的每個的中央導(dǎo)線寬度w
文檔編號H01P7/08GK1652394SQ200510009129
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者佐藤圭, 楢橋祥一, 廣田哲夫, 山尾泰 申請人:株式會社Ntt都科摩