折叠形微带线谐振器及其滤波器制造技术

一种折叠形微带线谐振器，其特征在于，该谐振器由依次平行排列的公共带、内带和外带三根微带线构成，其中，所说的公共带两端分别与内带、外带的一端相连接，构成一个开口端和一个封闭端。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波窄带滤波器的
，特别涉及微波滤波器结构设计。近几年来，随着高温超导材料的制备工艺，包括单晶样品和薄膜等的发展，使得超导滤波器的实用化成为可能。超导微带线滤波器损耗小，抗邻频干扰能力强，谐振器Q值高(在几千MHz范围内，其Q值可达40000-100000)。利用超导微带线的这一特点，可以用超导微带线滤波器来代替波导滤波器。从已有的实验结果来看，超导微带线滤波器可以有陡峭的带边，极低的插入损耗平坦通带特性，在性能上更接近于理想滤波器。因此超导微带线滤波器不仅具有可与波导器件比拟的性能，而又同时兼具微带线体积小，重量轻的优点。滤波器的结构对滤波器的特性起了决定性作用。目前，设计的目标是在使滤波器整体尽可能小的前提下，使滤波器的带内插入损耗更低，带边更陡。附图说明图1显示了英国于2000年发表的一个8节Open-loop形超导滤波器，基片材料为LaAlO3，尺寸为39*23.5mm。其谐振器为8个以轴对称分布的有一缺口的环带状(图中分别以数字1-8标出)，缺口的宽度为Wg。分析其电磁场可知，电场主要分布在环的开口出，因此此处相当于一个电容；磁场主要分布于环的另一侧，所以环状的微带线接近于电感。输入输出馈线11和12的宽度WO对应着50欧姆输入输出阻抗，馈线的长度对滤波器性能没有影响，根据工艺要求取几毫米即可。馈线11和12与各自最相邻谐振器1和8接触的位置由输入输出阻抗匹配确定。8个谐振器形状尺寸相近或相同，其环带状微带线总长度约为在此LaAlO3基片上的滤波器中心频率对应波长的一半。各谐振器之间的距离决定了滤波器的性能。设计中需调整各谐振器之间的距离直至滤波器响应满足要求为止。图2为此滤波器在55K与低噪声放大器组合条件下的频率响应图。图中，21为滤波器的传输损耗S21特性曲线，22为滤波器的反射损耗S11特性曲线。其通带插入损耗约为0.13dB，带边陡峭度低端为20dB/MHz，高端为15dB/MHz。虽然这种滤波器的谐振器Q值很高，有很好的带内和陡峭度，但因为其谐振器形状过于庞大，并且不能非常有效的利用基片空间，所以限制了它不能将节数增加得很高，而增加滤波器节数能够从根本上提高其陡峭度，所以此种结构也并不十分理想。本专利技术提出一种折叠形微带线谐振器，其特征在于，该谐振器由依次平行排列的公共带、内带和外带三根微带线构成，其中，所说的公共带两端分别与内带、外带的一端相连接，构成一个开口端和一个封闭端。所说的三根微带线的宽度可以相同，也可互不相同。本专利技术提出一种基于上述折叠形微带线谐振器组构成的滤波器，其特征在于，由依次平行排列的多个相同结构的折叠形谐振器组成谐振器阵；该谐振器两两外带在内，开口端朝向相反，错开放置形成多个谐振器组；每两个谐振器组左右对称放置，在两个谐振器组的相邻两个谐振器开口端的外带外侧之间放置一段增强耦合的交叉耦合线，输入输出馈线与所述谐振器阵中各自最靠近的一个谐振器相连接。所说的交叉耦合线可由两竖直段和一水平段构成。本专利技术的效果本专利技术设计的滤波器在同等节数条件下，带内插入损耗，带外衰减，带边陡峭度等性能达到国外同类超导滤波器的性能指标，而且尺寸小于Open-loop形超导滤波器。本专利技术可用超导材料制作，也可以用其它材料制作。本专利技术组成滤波器的节数可以根据需要确定，各组谐振器平行但上下不一定对齐。因此只要采用折叠形谐振器结构设计的滤波器均属本专利技术的保护范围。图2为已有的8节Open-loop形超导滤波器的响应曲线图。图3为本专利技术的一种折叠形谐振器实施例的结构布局示意图。图4为本专利技术的一种12节超导折叠形滤波器实施例的结构布局示意图。图5为本折叠形超导滤波器实施例的响应曲线图。本专利技术设计的一种高温超导滤波器实施例结构布局如图4所示。滤波器中心频率为902.5MHz，相对带宽为2.77％。图中白色部分为MgO基片，长度为21mm，高度为32mm，画斜线部分为超导微带线。输入输出馈线431和432的宽度皆为0.5mm，对应于50欧姆输入输出阻抗，馈线长度为1.8mm，距基片顶部距离为6.5mm，分别与最相邻谐振器401和412相连接。401到412为12个尺寸结构完全相同的折叠形谐振器，两两外带在内，开口端朝向相反，错开放置形成多个谐振器组；每两个谐振器组左右对称放置，在两个谐振器组的相邻两个谐振器开口端的外带外侧之间由一段交叉耦合线来增强耦合。谐振器401、404、405、408、409、412与交叉耦合线421、423、425顶端对齐，距基片顶部距离为1.6mm，其余谐振器和交叉耦合线底端对齐，距基片底部距离也为1.6mm。以第1个谐振器401为例来说明谐振器的尺寸。整个折叠形谐振器401除公共带4011宽度为0.1mm之外，其余各处微带线宽度皆为0.2mm，公共带4011长度为16.35mm，内带4012长度为16.05mm，外带4013长度为16.15mm，公共带与内带之间的距离为0.31mm，内带和外带之间的距离为0.04mm，整个微带线总长度约为滤波器中心频率在此基片上对应波长的一半。谐振器401和402之间的距离，即谐振器401的外带和谐振器402的外带之间的距离为0.18mm，403和404之间的距离为0.36mm，405和406之间的距离为0.37mm，407和408之间的距离为0.37mm，409和410之间的距离为0.36mm，411和412之间的距离为0.18mm。谐振器组与组之间通过交叉耦合线来增强耦合，421到425为5根交叉耦合线，各由两竖直段和一水平段构成，除水平段长度各不相同以外，各交叉耦合线尺寸结构完全相同，且竖直段与最近邻谐振器的外带之间的距离皆为0.04mm。以交叉耦合线421为例来说明交叉耦合线的尺寸。整个交叉耦合线各处线宽皆为0.2mm，两竖直段4211、4212长度为2mm，水平段4213长度为2.81mm。交叉耦合线422水平段长度为3.05mm，423水平段长度为3.06mm，424水平段长度为3.05mm，425水平段长度为2.81mm。本专利技术可以很容易用此结构设计出其他节数的滤波器。本专利技术还可以使用LaAlO3、Sapphire等其它材料的基片。图5为本滤波器实施例的响应曲线图，图中实线51为传输损耗S21曲线，虚线52为反射损耗S11曲线，通带插入损耗为0.1dB，带边陡峭度低端为20dB/MHz，高端为17dB/MHz。在增加滤波器节数的情况下，带边会更加陡峭，带外抑制会更好。权利要求1.一种折叠形微带线谐振器，其特征在于，该谐振器由依次平行排列的公共带、内带和外带三根微带线构成，其中，所说的公共带两端分别与内带、外带的一端相连接，构成一个开口端和一个封闭端。2.一种基于如权利要求1所述的折叠形微带线谐振器组构成的滤波器，其特征在于，由依次平行排列的多个相同结构的折叠形谐振器组成谐振器阵；该谐振器两两外带在内，开口端朝向相反，错开放置形成多个谐振器组；每两个谐振器组左右对称放置，在两个谐振器组的相邻两个谐振器开口端的外带外侧之间放置一段增强耦合的交叉耦合线，输入输出馈线与所述谐振器阵中各自最靠近的一个谐振器相连接。3.一种基于如权利要求1所述的折叠形微带线谐振器组构成的滤波器，其特征在于，所说的交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱美红，何山，何文俊，温迪克，郜龙马，曹必松，尹哲胜，朴云龙，郭旭波，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：