專利名稱：一種含有抽頭結構的高溫超導微帶濾波器的制作方法
技術領域：
本發明屬于微波通訊設備技術領域，特別涉及微波濾波器的設計。
背景技術：
微波濾波器是十分重要的微波元件，理想的濾波器特性應當是通帶無衰減而在截止區域內衰減無窮大，通帶與截止區域的跳變盡可能的陡峭。目前，濾波器設計的目標是在濾波器整體尺寸盡可能小的前提下，使濾波器的帶內插入損耗更低，通帶邊緣更陡峭，從而實現良好的選擇性。對于帶內插入損耗的降低，高溫超導材料的使用具有關鍵作用。隨著高溫超導薄膜材料制備工藝的發展，推動了超導微帶線濾波器的實用化進程。超導微帶線具有很低的微波表面電阻，使得超導微帶線濾波器帶內插入損耗很小。已有的實驗結果表明，超導微帶線濾波器可以有極低的插入損耗和通帶平坦特性，在性能上更接近于理想濾波器。對于帶邊陡峭度的提高，則依賴于設計方法。在傳統的濾波器設計方法中，通常采用增加節數的方法來提高帶邊陡峭度。但是，節數的增加將顯著的增大濾波器的整體尺寸，并導致通帶衰減變大，使得濾波器性能惡化。近年來，在濾波器的設計方法研究中，應用在通帶邊緣引入傳輸零點的方式來改善帶邊陡峭度備受青睞。在過去的研究中，許多方法都被用來產生傳輸零點。英國伯明翰大學的Jiasheng Hong等人通過錯落的諧振器布局方式引入交叉耦合，實現了一對傳輸零點，詳見Hong J and Lancaster M J,"Design of Highly Selective Microstrip Bandpass Filters with a Single Pair of Attenuation Poles at Finite Frequencies，，，IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , VOL. 48, NO. 7, JULY 2000，PP. 1098-1107。這種通過特殊的諧振器布局來實現交叉耦合的方法使其結構受到很大限制，而且在高頻時為了避開封裝盒模式必須采用狹長型的布局，這種方法難以實現。美國Conductus公司的研究人員通過一條耦合微帶線為橋梁在非相鄰諧振器之間建立交叉耦合，引入了傳輸零點，詳見Shen Y and Sans C, IEEE MIT-S Digest, "Ultra Selective HTS Bandpass Filter for 3G Wireless Application”，VOL. 13，NO. 2, JUNE 2003，PP. 261-2640然而頻率較高時，構成濾波器的諧振器尺寸小，耦合微帶線的電長度甚至比諧振器自身的電長度還長，耦合微帶線會在通帶附近引入一系列不需要的諧振模式， 難以實現良好的濾波器性能。另外，通過在輸入輸出饋線上引入四分之一波長帶阻線或者其它陷波單元的方法也被用來實現濾波器的高帶邊陡峭度響應，但這種方法會增加饋線的長度，并且影響外部輸入輸出Q值，增大設計難度。
發明內容
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種含有抽頭結構的微帶濾波器。采用直接在二分之一波長諧振器上引入抽頭結構的方法，在濾波器通帶邊緣實現可控傳輸零點，提高濾波器的帶邊陡峭度。為實現本發明的目的，采用以下技術方案
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—種含有抽頭結構的高溫超導微帶濾波器，包括輸入饋線，輸出饋線，平行排列的多節U型二分之一波長諧振器，其特征在于，至少有一節所述二分之一波長諧振器為帶有抽頭結構的諧振器，用以在濾波器通帶邊緣引入傳輸零點。所述抽頭結構與該二分之一波長諧振器的中部虛地相連。所述諧振器中抽頭結構的有效長度為傳輸零點的頻率所對應波長的四分之一。所述諧振器的抽頭結構可由彎折的高阻抗段和矩形的低阻抗段構成。
所述濾波器可采用YBCO高溫超導薄膜制作。本發明利用抽頭結構在濾波器通帶邊緣引入了恰當的傳輸零點，使得過渡帶陡峭，并且具有整體尺寸小，插入損耗低，帶外抑制好等優點。本發明用于制造高溫超導濾波器，也適用于平面型普通金屬微帶濾波器。
圖1為本發明的包括輸入饋線，輸出饋線，諧振器組的基本濾波器的結構示意圖。圖2為本發明的濾波器所用U型階躍阻抗諧振器。圖3為本發明的包含抽頭式結構的U型階躍阻抗諧振器。圖4為本發明的包括一個抽頭結構之超導濾波器的結構布局示意圖。圖5為圖4中的包括一個抽頭結構之超導濾波器的響應曲線。圖6為本發明的包括兩個抽頭結構之超導濾波器的結構布局示意圖。圖7為圖6中的包括兩個抽頭結構之超導濾波器的響應曲線。圖8為包含兩個抽頭結構和不包含抽頭結構之超導濾波器的響應曲線對比圖。
具體實施例方式本發明提出的含有抽頭結構的微帶濾波器結合附圖及實施例詳細說明如下具體實施例為一個中心頻率為7. 42GHz，相對帶寬2. 2%的帶通濾波器。采用雙面釔鋇銅氧(YBCO)超導薄膜，基片材料為MgO，厚度為0. 50mm，相對介電常數為9. 7。本實施例的基本濾波器結構可通過電磁場仿真軟件設計。如圖1所示，11、12、13、 14為濾波器的第一、第二、第三、第四節諧振器。15、16為輸入、輸出饋線。圖1中濾波器選用的諧振器為U型階躍阻抗諧振器，是二分之一波長諧振器，尺寸根據工作中心頻率7. 42GHz 確定。如圖2所示，21為U型階躍阻抗諧振器的高阻抗段，微帶線的寬度0. 3mm，長度2. 2 毫米。22和23為低阻抗段，微帶線寬度均為1.0mm，長度均為1. 87毫米。然后，直接在二分之一波長諧振器上連接抽頭結構，如圖3所示。所述的抽頭結構3S，其連接的位置處于二分之一波長諧振器的中部虛地處。根據傳輸線理論，二分之一波長諧振器基頻諧振時，諧振器中部電壓為零，可視為虛地，在此處引入抽頭結構對基頻諧振的影響可忽略。所述的抽頭結構3S，其尺寸為傳輸零點的頻率所對應波長的四分之一。抽頭結構 3S，由彎折的高阻抗段和矩形的低阻抗段構成。3S1為抽頭結構的細線條段，3S2為抽頭結構的矩形塊。高低阻抗的搭配使得抽頭的整體尺寸緊湊，可調參數多，對傳輸零點位置的調節靈活有效。本實施例由具有一個抽頭結構的二分之一波長諧振器及三個普通的二分之一波長諧振器組成超導濾波器，該超導濾波器結構布局如圖4所示。41、42、43、44為濾波器的第一、第二、第三、第四節諧振器，41S為第一節諧振器上連接的抽頭結構，45、46為輸入、輸出饋線。濾波器整體尺寸0X8. 0mm。本實施例的抽頭結構41S，由彎折的高阻抗段和矩形的低阻抗段構成。高阻抗段寬度0. Imm,長度2. 2mm,可等效為電感。低阻抗段的矩形塊，尺寸為0. 6mmX 1. 5mm,可等效為電容。抽頭的有效尺寸需滿足要求，在傳輸零點的頻率處所對應電長度為90度。本實施例包括一個抽頭結構之超導濾波器的響應曲線如圖5所示。51為傳輸曲線 S21，傳輸曲線中有兩個傳輸零點，其中511為諧振器非相鄰耦合產生的一個傳輸零點，512 為抽頭結構引入的一個傳輸零點，頻率為7. 6GHz。52為反射曲線S11。根據性能需要，本實施例2由具有兩個抽頭結構的二分之一波長諧振器及兩個普通的二分之一波長諧振器組成超導濾波器，即在上述實施例1的基礎上再增加一個抽頭結構。該超導濾波器結構布局如圖6所示。61、62、63、64為濾波器的第一、第二、第三、第四節諧振器，61S為第一節諧振器上連接的抽頭結構，64S為第四節諧振器上連接的抽頭結構， 65,66為輸入、輸出饋線。濾波器整體尺寸仍然是0X8. 0mm。抽頭結構引入之后，需要對整個濾波器布局進行微調，優化仿真以得到良好的響應曲線。本實施例2包括兩個抽頭結構的超導濾波器的響應曲線如圖7所示。71為傳輸曲線S21，可見傳輸曲線中有三個傳輸零點，其中711為諧振器非相鄰耦合產生的一個傳輸零點，712為抽頭結構引入的一個傳輸零點，頻率為7. 58GHz, 713為抽頭式諧振器引入的另一個傳輸零點，頻率為7. 64GHz。72為反射曲線Sl 1。本發明的微帶濾波器，通過抽頭結構的引入，產生的傳輸零點有效地改善了濾波器的帶邊陡峭度。包含兩個抽頭結構和不包含抽頭結構之超導濾波器的響應曲線對比如圖 8所示。81為不含抽頭式諧振器之超導濾波器的頻率響應圖，82含有兩個抽頭式諧振器之超導濾波器的頻率響應圖。本發明的包含抽頭結構的高溫超導濾波器帶邊陡峭度明顯改善，實現了本發明的目的。雖然在上述實施例的基礎上對本發明進行了說明，但是本發明并不局限于此，具有相關領域背景知識的人可以在此基礎上進行多種變形。
權利要求
1.一種含有抽頭結構的高溫超導微帶濾波器，包括輸入饋線，輸出饋線，平行排列的多節U型二分之一波長諧振器，其特征在于，至少有一節所述二分之一波長諧振器為帶有抽頭結構的諧振器，用以在濾波器通帶邊緣引入傳輸零點。
2.如權利要求1所述的高溫超導微帶濾波器，其特征在于，所述抽頭結構與該二分之一波長諧振器的中部虛地相連。
3.如權利要求1所述的高溫超導微帶濾波器，其特征在于，所述諧振器中抽頭結構的有效長度為傳輸零點的頻率所對應波長的四分之一。
4.如權利要求1所述的高溫超導微帶濾波器，其特征在于，所述諧振器的抽頭結構由彎折的高阻抗段和矩形的低阻抗段構成。
5.權利要求1-4中任一項所述的高溫超導微帶濾波器，其特征在于，所述濾波器采用 YBCO高溫超導薄膜制作。
全文摘要
本發明涉及一種含有抽頭結構的高溫超導微帶濾波器，屬于微波通訊技術設備領域。該微波濾波器包括輸入饋線，輸出饋線，平行排列的多節U型二分之一波長諧振器，其特征在于，至少有一節所述二分之一波長諧振器為帶有抽頭結構的諧振器，用以在濾波器通帶邊緣引入傳輸零點。本發明利用抽頭結構引入了恰當的傳輸零點，使得過渡帶陡峭，并且具有整體尺寸小，插入損耗低，帶外抑制好等優點。本發明用于制造高溫超導濾波器，也適用于平面型普通金屬微帶濾波器。
文檔編號H01P1/203GK102255123SQ20111012069
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年5月10日
發明者張曉平, 曹必松, 李啟榮, 郭旭波, 魏斌 申請人:清華大學