专利名称：一种二维片状双模谐振器、滤波器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及微带滤波器，尤其涉及一种二维片状双模滤波器及其制造方法。
背景技术：
微波工程中，微带谐振器可以组成不同阶数的微带滤波器，一种无源器件，广泛使 用在许多微波电路和系统中，用来选择特定频率的信号。高温超导滤波器是用高温超导材料制成的一种平面器件，它是由若干个平面谐振 器按一定规则排列而成的。相比常规材料，它具有低差入损耗，高带外抑制和频率选择特 性，可大大提高系统的灵敏度，但是高温超导滤波器的功率承受能力很差。一种解决的方式 是使用二维片状的谐振器，由于二维片状谐振器的面积很大，很难做高阶滤波器，从而滤波 器的频率选择特性很差。利用双模技术可以在同一个谐振器里激发两种简并谐振模式，大 大减小滤波器的尺寸。因此二维片状双模谐振器被认为是一种解决高温超导滤波器功率承受能力差的 方案。但是对于二维片状双模谐振器的两个简并谐振模式的谐振频率难以调整、两个简并 谐振模式之间的耦合系数难以控制，尤其带宽小于1 %的窄带滤波器，较难获得好的滤波响应。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种二维片状双模谐振器、滤波器及其 制造方法，能够使二维片状双模谐振器的简并谐振模式的谐振频率和两种简并谐振模式之 间的耦合系数达到预设标准。本发明公开了一种二维片状双模谐振器，包括用于激发两种简并谐振模式的谐振 器组件，所述二维片状双模谐振器还包括—个或多个用于调节所述简并谐振模式的谐振频率和所述两种简并谐振模式之 间的耦合系数到预设标准的调节组件，所述调节组件为一维或二维图形，同所述谐振器组件位于同一平面。所述调节组件的形状为三角形、方形、多边形、或圆形。所述调节组件为双折线或单折线。所述调节组件为实心或空心。所述调节组件的面积小于所述谐振器组件面积的50%。所述调节组件同所述谐振器组件材料相同。本发明还公开了一种二维片状双模滤波器，所述滤波器包括二维片状双模谐振 器；所述二维片状双模谐振器，包括用于激发两种简并谐振模式的谐振器组件，以及 一个或多个用于调节所述简并谐振模式的谐振频率和所述两种简并谐振模式之间的耦合 系数到预设标准的调节组件，所述调节组件为一维或二维图形，同所述谐振器组件位于同一平面。所述调节组件的形状为三角形、方形、多边形、或圆形。所述调节组件为双折线或单折线。所述调节组件为实心或空心。所述调节组件的面积小于所述谐振器组件面积的50%。所述调节组件同所述谐振器组件材料相同。本发明还公开了一种二维片状双模谐振器的制造方法，包括形成用于激发两种简 并谐振模式的谐振器组件，并同时形成一个或多个调节组件于所述谐振器组件所在平面， 以调节所述简并谐振模式的谐振频率和所述两种简并谐振模式之间的耦合系数到预设标 准；所述调节组件为一维或二维图形。所述调节组件的形状为三角形、方形、多边形、或圆形。所述调节组件为双折线或单折线。所述调节组件为实心或空心。所述调节组件的面积小于所述谐振器组件面积的50%。所述调节组件同所述谐振器组件材料相同。本发明有益效果在于，通过在现有二维片状双模谐振器所在平面上形成调节组 件，能够有效的调节双模滤波器的基本谐振单元的简并谐振模式谐振频率和两种简并谐振 模式之间的的耦合系数；并且本发明简便，直观、调节效率高，可以缩短二维双模滤波器的 设计时间；本发明不仅适用于超导滤波器还适用于常规平面金属微带滤波器。
图1是本发明的二维片状双模谐振器的实施例1的结构图；图2是本发明的二维片状双模谐振器的实施例2的结构图；图3是本发明的二维片状双模谐振器的实施例3的结构图；图4是本发明的二维片状双模谐振器的实施例4的结构图；图5是本发明的二维片状双模谐振器的实施例5的结构图；图6是本发明的4阶二维片状双模滤波器的具体实施例的结构图；图7是现有技术的4阶二维片状双模滤波器的反射响应仿真结果图；图8是现有技术的4阶二维片状双模滤波器的工作频段内的电流分布结果图；图9是本发明的4阶二维片状双模滤波器的仿真和实际滤波器测试结果图；图10是本发明的4阶二维片状双模滤波器的工作频段内的电流分布结果图；图11是本发明的6阶二维片状双模滤波器的具体实施例的结构图；图12是本发明的8阶二维片状双模滤波器的具体实施例的结构图；图13是本发明的12阶二维片状双模滤波器的具体实施例的结构图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。本发明的二维片状双模谐振器，包括用于激发两种简并谐振模式的谐振器组件和一个或多个用于调节所述简并谐振模式的谐振频率和两种简并谐振模式之间的耦合系数 到预设标准的调节组件，所述调节组件为一维或二维图形，同所述谐振器组件位于同一平调节组件的面积小于所述谐振器组件面积的50%。所述调节组件同所述谐振器组 件材料相同。谐振器组件为现有技术中的二维片状双模谐振器。实施例1如图1所示，在实施例1中谐振器组件为切角正方形双模谐振器101，该切角正方 形双模谐振器101激发两种简并谐振模式，分别为第一模式1和第二模式2。调节组件为矩 形组件102，位于切角正方形双模谐振器101的在下的横向边的一侧，矩形组件102的长边 和短边分别同切角正方形双模谐振器101的横向边和竖向边平行。参数a表示矩形的长的大小，参数b表示矩形的宽的大小。参数g表示矩形组件 102在上的长边到切角正方形双模谐振器101在下的横向边的距离，参数d表示矩形组件 102在右的短边距切角正方形双模谐振器101在右的竖向边的距离。改变参数a和参数b的值调整矩形组件102的大小，并且调整参数g和参数d的 值，调整矩形组件102相对于切角正方形双模谐振器101的位置。通过上述调整确定矩形 组件102的大小和位置，以使切角正方形双模谐振器101中第一模式1和第二模式2的谐 振频率和两个简并谐振模式之间的耦合系数达到预设标准。实施例2如图2所示，在实施例2中谐振器组件为切角正方形双模谐振器201，该切角正方 形双模谐振器201激发两种简并谐振模式，为第一模式1和第二模式2。调节组件为双折线 组件202，位于切角正方形双模谐振器201的在右竖向边一侧，双折线组件202的横向边和 竖向边分别同切角正方形双模谐振器201的横向边和竖向边平行。实施例3如图3所示，在实施例3中谐振器组件为切角正方形双模谐振器301，该切角正方 形双模谐振器301激发两种简并谐振模式，为第一模式1和第二模式2。调节组件为菱形组 件302，位于切角正方形双模谐振器301的斜边一侧。菱形组件302的一条边同切角正方形 双模谐振器301的斜边平行。实施例4如图4所示，在实施例4中谐振器组件为空心圆角正方形双模谐振器401，该空心 圆角正方形双模谐振器401激发两种简并谐振模式，为第一模式1和第二模式2。具有两个 调节组件，分别为组件402和矩形组件403。组件402由一个矩形和两个半圆形组成。组 件402位于空心圆角正方形双模谐振器401的在左竖向边一侧，组件402中矩形的边同空 心圆角正方形双模谐振器401的竖向边平行。矩形组件403位于空心圆角正方形双模谐振 器401的在上横向边一侧，矩形组件403长边同空心圆角正方形双模谐振器401的横向边 平行。实施例5如图5所示，在实施例5中谐振器组件为切角正三角形双模谐振器501，该切角正 三角形双模谐振器501激发两种简并谐振模式，表示为第一模式1和第二模式2。具有两个调节组件，分别为第一菱形组件502和第二菱形组件503。第一菱形组件502位于切角正三 角形双模谐振器501的一个腰的一侧，第一菱形组件502的一边同切角正三角形双模谐振 器501的底边平行。第二菱形组件503位于切角正三角形双模谐振器501的另一个腰的一 侧，第二菱形组件503的一边同切角正三角形双模谐振器501的底边平行。本发明的二维片状双模滤波器包括二维片状双模谐振器。二维片状双模谐振器包 括用于激发两种简并谐振模式的谐振器组件和一个或多个用于调节所述简并谐振模式的 频率和两种简并谐振模式之间的耦合系数到预设标准的调节组件，所述调节组件为一维或 二维图形，同所述谐振器组件位于同一平面。调节组件的面积小于所述谐振器组件面积的 50%。所述调节组件同所述谐振器组件材料相同。该滤波器为超导滤波器或常规平面金属 微带滤波器。如图6所示，以切比雪夫4阶滤波器为例子，该滤波器包括两个谐振器。每个谐振 器具有一个在角上被切除掉一块等腰直角三角形的正方形谐振器作为该谐振器的谐振器 组件，两个切角正方形双模谐振器分别为第一谐振器组件611和第二谐振器组件621。第一谐振器组件611激发两种简并谐振模式。在第一谐振器组件611的在左竖向 边一侧形成第一调节组件612。第一调节组件612为矩形，其长边同第一谐振器组件611的 竖向边平行。第一谐振器组件611的切角的局部放大图标记为613，参数c2用于表示切角大小。 d2表示第一谐振器组件611和第二谐振器组件621间距离。第二谐振器组件621激发两种简并谐振模式。在第二谐振器组件621的在右竖向 边一侧形成第二调节组件622。第二调节组件622为矩形，其长边同第二谐振器组件621的 竖向边平行。该滤波器还包括两条输入输出耦合线。第一调节组件612的长边的大小表示为a2，第一调节组件612在右的长边距离第 一谐振器组件611的在左的竖向边的距离表示为参数&。调整参数a2和&确定第一调节 组件612的大小和位置，以使该滤波器的简并谐振模式的谐振频率和每个谐振器组件的两 种简并谐振模式之间的耦合系数达到预设标准。未包含调节组件的4阶二维片状双模滤波器反射响应的仿真结果和工作频段内 的电流分布分别如图7和图8所示。上述实施例中的滤波器反射响应仿真结果和实际测试 结果，以及电流分布分别如图9和图10所示。其中仿真软件为sonnet。在加入调节组件前滤波器的反射响应较差，在滤波器通带内的反射小于_3dB，如 图7所示，在加入调节组件后，选择合适的参数后使滤波器的反射响应得到优化，在滤波器 通带内的反射小于-15dB，如图9所示。如仿真的电流分布图所示，图8和图10中越亮表示 电流密度越大，图10电流分布均勻形成一个圆从而整体降低了电流密度，而图8中电流分 布不均勻导致局部电流密度远高于平均密度。本发明6阶双模滤波器如图11所示，具有三个谐振器，分别为第一谐振器，第二谐 振器和第三谐振器；第一谐振器和第二谐振器为本发明谐振器，第三谐振器为现有技术谐 振器。第一谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1111，激发两种简并谐振模 式，分别为第一模式1和第二模式2 ；第一谐振器的调节组件1112由矩形和半圆形组成，位于切角正方形双模谐振器1111的在左的竖向边一侧，调节组件1112的矩形的边同切角正 方形双模谐振器1111的竖向边平行。第二谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1121，激发两种简并谐振模 式，分别为第三模式3和第四模式4 ；第二谐振器具有两个调节组件，调节组件1122和调节 组件1123。调节组件1122为矩形，位于切角正方形双模谐振器1121的在上的横向边一侧， 调节组件1122的长边同切角正方形双模谐振器1121的横向边平行。调节组件1123为三角 形，位于切角正方形双模谐振器1121的斜边一侧，调节组件1123的一条边同该斜边平行。第三谐振器为现有技术中的谐振器，其不包括调节组件，第三谐振器为切角正方 形双模谐振器1131。本发明8阶双模滤波器如图12所示，具有四个谐振器，分别为第四谐振器，第五谐 振器、第六谐振器和第七谐振器。第四谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1211，激发两种简并谐振模 式，分别为第一模式1和第二模式2 ；第四谐振器的调节组件1212由矩形和半圆形组成，位 于切角正方形双模谐振器1211的在左的竖向边一侧，矩形的边同切角正方形双模谐振器 1211的竖向边平行。第五谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1221，激发两种简并谐振模 式，分别为第三模式3和第四模式4 ；第五谐振器的调节组件1222为矩形，位于切角正方 形双模谐振器1121的在上的横向边一侧，调节组件1222的短边同切角正方形双模谐振器 1221的竖向边平行。第六谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1231，激发两种简并谐振模 式，分别为第五模式5和第六模式6 ；第六谐振器的调节组件1232为圆角空心矩形，位于切 角正方形双模谐振器1231的在左的竖向边一侧，调节组件1232的矩形的长边同切角正方 形双模谐振器1231的竖向边平行。第七谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1241，激发两种简并谐振模 式，分别为第七模式7和第八模式8 ；第七谐振器的调节组件1242为单折线，位于切角正方 形双模谐振器1241的在上的横向边一侧，调节组件1242的长边同切角正方形双模谐振器 1241的横向边平行。本发明12阶双模滤波器如图13所示，具有六个谐振器，分别为第八谐振器，第九 谐振器、第十谐振器、第十一谐振器、第十二谐振器和第十三谐振器；第十三谐振器为现有 技术谐振器，其他谐振器为本发明谐振器。第八谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1311，激发两种简并谐振模 式，分别为第一模式1和第二模式2 ；第八谐振器的调节组件1312由矩形和半圆形组成，位 于切角正方形双模谐振器1311的在左的竖向边一侧，调节组件1312的矩形边同切角正方 形双模谐振器1311的竖向边平行。第九谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1321，激发两种简并谐振模 式，分别为第三模式3和第四模式4 ；第九谐振器的调节组件1322为矩形，位于切角正方 形双模谐振器1321的在上的横向边一侧，调节组件1322的长边同切角正方形双模谐振器 1321的横向边平行。第十谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1331，激发两种简并谐振模式，分别为第五模式5和第六模式6 ；第十谐振器的调节组件1332为等腰直角三角形，位于 切角正方形双模谐振器1331的在上的横向边一侧，调节组件1332的一直角边同切角正方 形双模谐振器1331的竖向边平行。第十一谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1341，激发两种简并谐振模 式，分别为第七模式7和第八模式8 ；第十一谐振器的调节组件1342为空心椭圆形，位于切 角正方形双模谐振器1341的在下的横向边一侧，调节组件1342的长轴同切角正方形双模 谐振器1341的横向边平行。第十二谐振器的谐振器组件为切角正方形双模谐振器1351，激发两种简并谐振模 式，分别为第九模式9和第十模式10 ；第十二谐振器的调节组件1352为单折线，位于切角 正方形双模谐振器1351的在下横向边一侧，调节组件1352的长边同切角正方形双模谐振 器1351的横向边平行。第十三谐振器为切角正方形双模谐振器1361，激发两种简并谐振模式，分别为第 十一模式11和第十二模式12。本发明的二维片状双模谐振器的制造方法，包括形成用于激发两种简并谐振模式 的谐振器组件，并形成一个或多个调节组件于所述谐振器组件所在平面，以调节所述简并 谐振模式的谐振频率和所述两种简并谐振模式之间的耦合系数到预设标准。本发明中的超导微带谐振器是按常用工艺制作的，即按光刻、干法刻蚀、切割、组 装等工艺步骤制作，属于现有技术。本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还 可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由 权利要求书的范围来确定的。
权利要求
一种二维片状双模谐振器，包括用于激发两种简并谐振模式的谐振器组件，其特征在于，所述二维片状双模谐振器还包括一个或多个用于调节所述简并谐振模式的谐振频率和所述两种简并谐振模式之间的耦合系数到预设标准的调节组件，所述调节组件为一维或二维图形，同所述谐振器组件位于同一平面。
2.如权利要求1所述的二维片状双模谐振器，其特征在于，所述调节组件的形状为三 角形、方形、多边形、或圆形。
3.如权利要求1所述的二维片状双模谐振器，其特征在于，所述调节组件为双折线或 单折线。
4.如权利要求2所述的二维片状双模谐振器，其特征在于，所述调节组件为实心或空心。
5.如权利要求2所述的二维片状双模谐振器，其特征在于，所述调节组件的面积小于 所述谐振器组件面积的50%。
6.如权利要求1所述的二维片状双模谐振器，其特征在于， 所述调节组件同所述谐振器组件材料相同。
7.—种二维片状双模滤波器，其特征在于，所述滤波器包括如权利要求1至6中任意一 所述的二维片状双模谐振器。
8.—种二维片状双模谐振器的制造方法，其特征在于，包括形成用于激发两种简并谐 振模式的谐振器组件，并同时形成一个或多个调节组件于所述谐振器组件所在平面，以调 节所述简并谐振模式的谐振频率和所述两种简并谐振模式之间的耦合系数到预设标准；所述调节组件为一维或二维图形。
9.如权利要求8所述的二维片状双模谐振器的制造方法，其特征在于，所述调节组件 的形状为三角形、方形、多边形、或圆形。
10.如权利要求8所述的二维片状双模谐振器的制造方法，其特征在于，所述调节组件 为双折线或单折线。
11.如权利要求9所述的二维片状双模谐振器，其特征在于，所述调节组件为实心或空心。
12.如权利要求9所述的二维片状双模谐振器，其特征在于，所述调节组件的面积小于 所述谐振器组件面积的50%。
13.如权利要求8所述的二维片状双模谐振器，其特征在于， 所述调节组件同所述谐振器组件材料相同。
全文摘要
本发明涉及一种二维片状双模谐振器、滤波器及其制造方法，所述二维片状双模谐振器，包括用于激发两种简并谐振模式的谐振器组件，所述二维片状双模谐振器还包括一个或多个用于调节所述简并谐振模式的谐振频率和所述两种简并谐振模式之间的耦合系数到预设标准的调节组件，所述调节组件为一维或二维图形，同所述谐振器组件位于同一平面。本发明能够使二维片状双模谐振器的简并谐振模式的谐振频率和两个简并谐振模式之间的耦合系数达到预设标准。
文档编号H01P11/00GK101867081SQ20091008240
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者于涛, 何晓锋, 何豫生, 崔彬, 张强, 张雪强, 李春光, 王佳, 王跃辉, 边勇波, 郭进, 高路, 黎红 申请人:中国科学院物理研究所