專利名稱：高溫超導(dǎo)微波濾波群時(shí)延均衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬信號處理和通信技術(shù)，特別是涉及高溫超導(dǎo)濾波器的群時(shí)延均衡技術(shù)，應(yīng)用于高溫超導(dǎo)薄膜的微波技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高溫超導(dǎo)體對于微波工程來說是一種嶄新的材料，由于高溫超導(dǎo)體在低于臨界溫度時(shí)進(jìn)入“超導(dǎo)態(tài)”，其表面電阻幾乎為零，使得利用高溫超導(dǎo)體制成的微波電路有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如損耗低、Q值高、低噪聲以及電路的小型化。其中采用高溫超導(dǎo)薄膜，利用傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)研制的多階窄帶微帶帶通濾波器具有極低的插入損耗和非常陡峭的邊帶特性，是其他材料制成的濾波器所無法比擬的，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。最近幾年，已經(jīng)有多種用于微波波段的結(jié)構(gòu)新穎，微型化的多階高溫超導(dǎo)濾波器設(shè)計(jì)方案被提出參考文獻(xiàn)Jia-Sheng Hong and Michael J.Lancaster，“On The Performance of HTSMicrostrip Quasi-Elliptic Function Filters for Mobile Communications Application”，IEEE Trans.，MTT-48.July 2000，1240-1246。講述了一種具有準(zhǔn)橢圓函數(shù)特性的8階高溫超導(dǎo)濾波器，該濾波器通過在結(jié)構(gòu)中引入交叉耦合(cross coupling)實(shí)現(xiàn)了在濾波器通帶的上、下邊緣附近各產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)，從而進(jìn)一步增加了濾波器的陡峭度。
參考文獻(xiàn)Genichi Tsuzuki，Shen Ye，“Ultra-selective 22-pole 10-transmission zerosuperconducting bandpass filter surpasses 50-pole Chebyshev filter”，IEEE Trans.，MTT-50.December 2002，2924-2929.和Genichi Tsuzuki，Shen Ye，“Ultra Selective HTSBandpass Filter for 3G Wireless Application”，IEEE Trans.，AppliedSuperconductivity，Vol.13，June 2003，261-264。講述了另一種具有超級陡峭度的22階高溫超導(dǎo)濾波器。此22階高溫超導(dǎo)濾波器以四個(gè)諧振器單元為一組，一共五組進(jìn)行級聯(lián)，首尾再各級聯(lián)一階結(jié)構(gòu)相同的諧振器。由于每組諧振器內(nèi)部引入了一路交叉耦合(crosscoupling)，所以能夠使濾波器通帶上、下邊緣附近各產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)，五組就能夠總共產(chǎn)生10個(gè)傳輸零點(diǎn)，這使得濾波器的邊帶非常陡峭，陡峭度達(dá)到30dB/100kHz。
高溫超導(dǎo)濾波器的這種接近理想矩形的帶通濾波特性雖然能夠最大限度的節(jié)省頻率資源，抑止帶外衰減和減小帶外雜散信號干擾，但同時(shí)也帶來了另外一個(gè)問題，那就是濾波器中心頻率處的群時(shí)延與通帶內(nèi)上、下邊帶附近的群時(shí)延會有很大的偏差，如圖1所示為一個(gè)21階高溫超導(dǎo)濾波器的群時(shí)延特性，它的中心頻率為1.95GHz，帶寬20MHz。從圖中可以看出，該濾波器通帶內(nèi)群時(shí)延波動為10ns的帶寬只為整個(gè)通帶的20％左右。一般來講，濾波器的邊帶越陡峭，群時(shí)延偏差就會越大，兩者是一對矛盾。這種群時(shí)延的偏差會使得通過濾波器的高頻信號產(chǎn)生很大的相位失真。當(dāng)它應(yīng)用于數(shù)字移動通信系統(tǒng)或者衛(wèi)星通信系統(tǒng)的接收機(jī)射頻前端時(shí)，就會使解調(diào)質(zhì)量下降，誤碼率增加。
要解決這個(gè)問題就需要對高溫超導(dǎo)濾波器的群時(shí)延進(jìn)行均衡，使得濾波器通帶內(nèi)的群時(shí)延偏差能在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)。目前的一種解決方案是在設(shè)計(jì)高溫超導(dǎo)微帶濾波器時(shí)，采用在非相鄰諧振器之間引入交叉耦合(cross coupling)，通過調(diào)整交叉耦合度來實(shí)現(xiàn)濾波器本身群時(shí)延的均衡。但這種方案的不足在于此種微帶濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)和調(diào)諧過程都非常困難，而且它所能實(shí)現(xiàn)群時(shí)延均衡的程度是有限的，受到結(jié)構(gòu)本身的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提出一種具有新穎平面微帶結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)微波群時(shí)延均衡器，它是一個(gè)全通網(wǎng)絡(luò)，通過與由于邊帶陡峭特性帶來較大群時(shí)延偏差的高溫超導(dǎo)濾波器進(jìn)行級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)群時(shí)延的均衡，這種高溫超導(dǎo)微波群時(shí)延均衡器幾何尺寸小，設(shè)計(jì)和調(diào)諧獨(dú)立于所要均衡的高溫超導(dǎo)濾波器，這使得設(shè)計(jì)和調(diào)諧過程得到簡化，并且能夠根據(jù)需要，最大程度的實(shí)現(xiàn)濾波器的群時(shí)延均衡，從而減小信號的相位失真。
本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)新穎的平面微帶高溫超導(dǎo)微波群時(shí)延均衡器，其特征在于該均衡器可以與超導(dǎo)微帶濾波器串聯(lián)使用，能夠調(diào)整信號的群時(shí)延特性。
本發(fā)明的技術(shù)方案這種高溫超導(dǎo)微波濾波群時(shí)延均衡器，它包括一個(gè)微波濾波器、一個(gè)均衡器；微波濾波器，是一個(gè)高溫超導(dǎo)微帶濾波器，用于接收信號的特性選擇，包含群時(shí)延特性的選擇；群時(shí)延均衡器，包括一個(gè)3dB混合耦合器，兩個(gè)單端口反射濾波器；其特點(diǎn)在于3dB混合耦合器，是二分支耦合型，用于級聯(lián)接收機(jī)前端的高溫超導(dǎo)濾波器和反射濾波器的電路網(wǎng)絡(luò)匹配，把經(jīng)過濾波器的接收信號傳遞給反射濾波器；并將信號傳遞到輸出端；單端口反射濾波器，都是由多個(gè)微帶諧振器組成的諧振器陣列構(gòu)成，用于調(diào)整信號的群時(shí)延特性。
本發(fā)明的有益效果(1)能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)濾波器的群時(shí)延均衡。均衡的程度與單端口反射濾波器的階數(shù)有關(guān)，階數(shù)越高，則均衡的效果越好。(2)設(shè)計(jì)和調(diào)整獨(dú)立于所要均衡的濾波器。在設(shè)計(jì)均衡器時(shí)，只需要根據(jù)所要均衡的濾波器的群時(shí)延特性對單端口反射濾波器進(jìn)行調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)濾波器的均衡。(3)在相同的襯底基片上，當(dāng)3dB混合耦合器采取彎折臂結(jié)構(gòu)，會使均衡器進(jìn)一步的小型化，從而能夠方便的與所要均衡的濾波器集成在同一介質(zhì)基片上，可以利用高溫超導(dǎo)薄膜一次性加工制作，這樣比利用兩個(gè)器件(濾波器與均衡器)進(jìn)行級聯(lián)具有更小的插入損耗，并且性能更加穩(wěn)定。


圖1一個(gè)21階高溫超導(dǎo)濾波器的群時(shí)延特性圖2本發(fā)明高溫超導(dǎo)微波濾波群時(shí)延均衡器的結(jié)構(gòu)原理框3幾種具有基本相同特性的3dB混合耦合器版圖結(jié)構(gòu)圖3(a)為傳統(tǒng)的二分支3dB混合耦合器版圖結(jié)構(gòu)圖3(b)為上下彎折臂3dB混合耦合器的版圖結(jié)構(gòu)圖3(c)為左右彎折臂3dB混合耦合器版圖結(jié)構(gòu)圖3(d)為四周彎折臂3dB混合耦合器版圖結(jié)構(gòu)圖4本發(fā)明提出的高溫超導(dǎo)微波濾波群時(shí)延均衡器的版圖結(jié)構(gòu)之一圖5群時(shí)延特性其中1.濾波器 2.3dB混合耦合器 3.單端口反射濾波器 4.單端口反射濾波器 5.群時(shí)延均衡器具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明這種高溫超導(dǎo)微波濾波群時(shí)延均衡器，它包括一個(gè)微波濾波器、一個(gè)均衡器；微波濾波器1，是一個(gè)高溫超導(dǎo)微帶濾波器，用于接收信號的特性選擇，包含群時(shí)延特性的選擇；群時(shí)延均衡器5，包括一個(gè)3dB混合耦合器2，兩個(gè)單端口反射濾波器3、4；其特點(diǎn)在于3dB混合耦合器，是二分支耦合型，用于級聯(lián)接收機(jī)前端的高溫超導(dǎo)濾波器和反射濾波器的電路網(wǎng)絡(luò)匹配，把經(jīng)過濾波器的接收信號傳遞給反射濾波器；并將信號傳遞到輸出端；單端口反射濾波器3、4，都是由多個(gè)微帶諧振器組成的諧振器陣列構(gòu)成，用于調(diào)整信號的群時(shí)延特性。
3dB混合耦合器和單端口反射濾波器是高溫超導(dǎo)平面微帶結(jié)構(gòu)。
3dB混合耦合器采用傳統(tǒng)的四臂二分支耦合結(jié)構(gòu)，也可以采用彎折臂結(jié)構(gòu)和環(huán)形器結(jié)構(gòu)。
所說的群時(shí)延均衡器，它可以單獨(dú)制作在一塊介質(zhì)基片上，形成獨(dú)立的高溫超導(dǎo)微波元件，也可以與高溫超導(dǎo)微帶結(jié)構(gòu)的濾波器集成在同一塊介質(zhì)基片上。
所說的群時(shí)延均衡器，它可以利用金屬薄膜制作成普通的微帶電路。
所說的群時(shí)延均衡器，它可以與高溫超導(dǎo)微帶濾波器級聯(lián)使用，能夠均衡微波信號的群時(shí)延特性。
在一定的頻帶范圍內(nèi)，該均衡器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)二端口全通網(wǎng)絡(luò)。可以通過調(diào)整單端口反射濾波器中諧振器的幾何尺寸來改變它的群時(shí)延特性。均衡器的帶寬受到它內(nèi)部3dB混合耦合器帶寬的限制。將該均衡器與所要均衡的窄帶濾波器級聯(lián)之后，整體微波網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性仍為窄帶濾波器的幅頻特性，它的相頻特性為窄帶濾波器與均衡器相頻特性的線性疊加。
由于高溫超導(dǎo)薄膜制備的尺寸有一定的限度，所以高溫超導(dǎo)平面電路的小型化也是一個(gè)重要的課題。本發(fā)明可以采用傳統(tǒng)的3dB混合耦合器，如圖3(a)所示，也可以采用彎折臂結(jié)構(gòu)，以減小面積，如圖3(b)上下臂彎折型、圖3(c)左右臂彎折型、圖3(d)四臂彎折型，它們的特性基本相同。圖5中的點(diǎn)劃線為8階切比雪夫?yàn)V波器群時(shí)延特性，點(diǎn)線為均衡器中單端口反射濾波器S11群時(shí)延特性，實(shí)線為此8階濾波器經(jīng)過均衡后的群時(shí)延特性。
實(shí)施例下面用一個(gè)帶有4階單端口反射濾波器的均衡器來均衡一個(gè)8階切比雪夫?yàn)V波器，以此作為例子加以說明。
8階切比雪夫?yàn)V波器的群時(shí)延特性如圖5中的點(diǎn)劃線所示。均衡器中3dB混合耦合器采取上下臂彎折型結(jié)構(gòu)。單端口反射濾波器中的諧振器采取傳統(tǒng)的折線結(jié)構(gòu)，它為半波長諧振器。均衡器的版圖如圖4所示，通過調(diào)整單端口反射濾波器中半波長諧振器的間距，使其具有如圖5中點(diǎn)線所示的群時(shí)延特性。
將此均衡器與8階切比雪夫?yàn)V波器級聯(lián)后，由于相位的線性疊加，最終實(shí)現(xiàn)了濾波器群時(shí)延均衡。均衡后的群時(shí)延特性如圖5中實(shí)線所示。從圖中可見，8階切比雪夫?yàn)V波器在未均衡之前通帶內(nèi)群時(shí)延波動為10ns的帶寬只占通帶帶寬的30％左右，經(jīng)過群時(shí)延均衡后，通帶內(nèi)群時(shí)延波動為10ns的帶寬達(dá)到了通帶帶寬的80％。顯然，采用本發(fā)明，經(jīng)均衡后群時(shí)延特性得到明顯改善。均衡的程度與單端口反射濾波器的階數(shù)有關(guān)，階數(shù)越高，則均衡的效果越好。
本發(fā)明所提出的高溫超導(dǎo)微波濾波群時(shí)延均衡器具有平面微帶結(jié)構(gòu)，可以利用光刻和離子刻蝕技術(shù)在高溫超導(dǎo)薄膜上一次性加工完成。同樣也適用金屬薄膜進(jìn)行制作普通的微帶電路。
權(quán)利要求
1.一種高溫超導(dǎo)微波濾波群時(shí)延均衡器，它包括一個(gè)微波濾波器、一個(gè)群時(shí)延均衡器；微波濾波器(1)，是一個(gè)高溫超導(dǎo)微帶濾波器，用于接收信號的特性選擇，包含群時(shí)延特性的選擇；群時(shí)延均衡器(5)，包括一個(gè)3dB混合耦合器(2)，兩個(gè)單端口反射濾波器(3、4)；其特征在于3dB混合耦合器，是二分支耦合型，用于級聯(lián)接收機(jī)前端的高溫超導(dǎo)濾波器和反射濾波器的電路網(wǎng)絡(luò)匹配，把經(jīng)過濾波器的接收信號傳遞給反射濾波器；并將信號傳遞到輸出端；單端口反射濾波器(3)(4)，都是由多個(gè)微帶諧振器組成的諧振器陣列構(gòu)成，用于調(diào)整信號的群時(shí)延特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的群時(shí)延均衡器，其特征在于3dB混合耦合器和單端口反射濾波器是高溫超導(dǎo)平面微帶結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的群時(shí)延均衡器，其特征在于3dB混合耦合器采用傳統(tǒng)的四臂二分支耦合結(jié)構(gòu)、彎折臂結(jié)構(gòu)或環(huán)形器結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的群時(shí)延均衡器，其特征在于它單獨(dú)制作在一塊介質(zhì)基片上，形成獨(dú)立的高溫超導(dǎo)微波元件，或與高溫超導(dǎo)微帶結(jié)構(gòu)的濾波器集成在同一塊介質(zhì)基片上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的群時(shí)延均衡器，其特征在于它是利用金屬薄膜制作成普通的微帶電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說的群時(shí)延均衡器，其特征在于它與高溫超導(dǎo)微帶濾波器級聯(lián)使用，能夠均衡微波信號的群時(shí)延特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及模擬信號處理和通信技術(shù)，特別是涉及高溫超導(dǎo)濾波器的群時(shí)延均衡技術(shù)，應(yīng)用于高溫超導(dǎo)薄膜的微波技術(shù)領(lǐng)域。它是由高溫超導(dǎo)微帶濾波器，3dB混合耦合器與兩個(gè)單端口反射濾波器構(gòu)成，為平面微帶結(jié)構(gòu)，它適用于對衛(wèi)星接收系統(tǒng)射頻前端或者移動通信系統(tǒng)中基站接收前端的高溫超導(dǎo)濾波器進(jìn)行相位均衡，減小相位失真。本發(fā)明的有益效果能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)濾波器的群時(shí)延均衡，設(shè)計(jì)和調(diào)整獨(dú)立于所要均衡的濾波器。只需要根據(jù)所要均衡的濾波器的群時(shí)延特性對單端口反射濾波器進(jìn)行調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)濾波器的均衡。進(jìn)一步的小型化，集成在同一介質(zhì)基片上，這樣比利用兩個(gè)器件(濾波器與均衡器)進(jìn)行級聯(lián)具有更小的插入損耗，并且性能更加穩(wěn)定。
文檔編號H01P1/20GK1671068SQ200510013239
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者賈穎新, 王建偉, 閻少林, 馮洪輝 申請人:南開大學(xué)