高Q值低損耗超高頻高溫超導濾波器的制作方法

本發明涉及超導濾波器
技術領域：
，更具體地說，特別涉及一種高Q值低損耗超高頻高溫超導濾波器。
背景技術：
：高溫超導薄膜具有極低的微波表面電阻，因此利用高溫超導材料制作的微帶線濾波器具有插入損耗低，帶邊陡峭度高、帶外抑制好等特點，已經廣泛應用在天文觀測、移動通訊、衛星通信、目標監測等領域。但是，隨著科學技術的發展，利用微波通信的電子元件不斷增加，頻譜資源日益緊張，工作頻率不斷向更高頻段擴展，超高頻段的超導濾波器研究受到關注。目前，高溫超導濾波器的研究和應用主要集中于3GHz以下的頻段，針對更高頻率的高溫超導濾波器研究應用較少。隨著微波系統在各個應用領域的迅猛發展，頻譜資源日益緊張，工作頻段不斷的往更高頻率擴展，對濾波器的性能要求也越來越苛刻。因此，在更高的頻段研制具有極低帶內損耗、高帶邊陡峭度和高帶外抑制的濾波器成為迫切需求。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種高Q值低損耗超高頻高溫超導濾波器，導體電路結構簡單，充分利用高溫超導材料的低損耗特點，是一種具有低插損的超導濾波器。一種高Q值低損耗超高頻高溫超導濾波器，其特征在于：該超導濾波器為十字型，中部寬于兩端，超導濾波器的基底為MgO基片，所述基片厚度為0.5mm；該超導濾波器封裝于金屬屏蔽盒內微波濾波器的插入損耗取決于很多不同的因素，可以用如下公式表示：（1），其中，表示中心頻率處的插損，是濾波器的相對帶寬，為諧振器的無載Q值，是指諧振器節數，為低通原型電路的元件值。根據廣泛采用的濾波器基本設計理論，相對帶寬和節數由濾波器的基本參數要求所決定，當濾兩者確定時，濾波器插損與諧振器的無載Q值成反比。因此，無載Q值是影響濾波器插損的關鍵。要充分利用高溫超導材料的低損耗特點，設計具有低插損的超導濾波器，必須首先設計出具有高無載Q值的諧振器結構。而微帶線諧振器的損耗主要來源于導體損耗、介質損耗以及電磁波輻射損耗，對應的品質因素分別用、和表示，諧振器無載Q值可表示為：（2），在超高頻超導濾波器的設計中，由于微波表面電阻的快速上升和輻射損耗的加劇，給諧振器結構的設計帶來了很大限制。由式（2）可知，微帶線諧振器的無載Q值由、和共同決定。通過理論公式分析結合軟件仿真的方法，研究了影響導體損耗、介質損耗以及輻射損耗的參數。其中，輻射損耗對應的主要取決于濾波器所在的金屬封裝盒。只要金屬盒封閉，就能得到足夠高的。而介質損耗對應的與基片厚度之間的關系如圖1所示，呈線性關系，基片越厚，越高。故本發明選取較厚的0.5mm的MgO基片作為超導濾波器的基底。對于超高頻段的諧振器，導體電路結構簡單，而且需要很大的線寬來盡量減小導體損耗，所以在優化線寬的基礎上難以通過諧振器線條的螺旋等布局來優化。主要通過諧振器結構的精細化設計，盡量減小導體表面電流密度。諧振器結構如圖2所示，以一個微帶線寬0.6mm的矩形諧振器變化而來，五種諧振器的基頻諧振均保持在16GHz附近。采用相同的損耗參數設置，仿真得到的無載Q值如表1所示。表1諧振器結構無載Q值（a）5890（b）6480（c）4660（d）4260（e）3830對于超高頻段的半波長諧振器，結構的細微變化都會影響無載Q值。圖2（b）諧振器相對于圖2（a）的無載Q值有所增大，主要是由于半波長諧振器的中部電流密度大，兩端電流密度小，諧振器中部的寬度對無載Q值影響顯著。其它諧振器的無載Q值均減小，主要是由于存在彎折等結構，導致電流密度增大。結合以上分析，為了保證較高的無載Q值,超導濾波器可設計為寬線條十字型，中部寬于兩端。與現有技術相比，本發明設計為寬線條十字型，中部寬于兩端，采用較厚的基片，封裝于金屬屏蔽盒內，降低了超高頻濾波器的損耗、提高了諧振器Q值。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是諧振器Qd與基片厚度的關系曲線。圖2是諧振器五種結構示意圖。圖3是本發明所述濾波器電路示意圖。圖4是本發明所述仿真響應曲線。圖5是本發明所述封裝好的超導濾波器俯視圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。實施例本發明提供一個高Q值、低損耗的超高頻超導濾波器。濾波器設計指標為：中心頻率16GHz，等波紋帶寬1GHz（相對帶寬6.25%），采用7節切比雪夫原型設計，耦合系數和外部Q值計算得到：（3）濾波器最終的電路圖如圖3所示。基片尺寸為30mm×4.0mm，厚度為0.5mm，結構非常緊湊。雙面鍍有YBCO超導薄膜的MgO基片上，通過光刻和Ar離子刻蝕的方法制備濾波器電路。然后將制作完成的濾波器封裝在金屬質屏蔽盒內，輸入\輸出饋線用銀膠進行連接。封裝好的7節Ku波段超導濾波器俯視圖如圖5所示。經過Sonnet仿真軟件仿真的頻率響應曲線如圖4所示。從仿真結果來看，濾波器的回波損耗低于-20dB，通帶內非常平坦。并且通帶左側還有一個傳輸零點，這是由于諧振器之間的非相鄰耦合引起的，顯著提高了濾波器的帶邊陡峭度。測試表明，在超高頻高溫條件下，本發明仍具有高Q值、低損耗的優點。雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是專利所有者可以在所附權利要求的范圍之內做出各種變形或修改，只要不超過本發明的權利要求所描述的保護范圍，都應當在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3