一种基于旋进旋出结构微带谐振器的微带滤波器的制作方法

本发明属于微波工程技术领域，具体涉及一种基于旋进旋出结构微带谐振器的微带滤波器。

背景技术：

微波工程中，滤波器是无线通信系统的核心器件之一，广泛应用于雷达、移动通信、天文观测、卫星通信、气象观测等领域。理想的滤波器使通带频率范围内的信号无损通过，将通带之外的信号完全滤去。实际滤波器的基本构成单元为谐振器。微带谐振器通过在传输线上产生驻波的方式实现谐振，工作频点越高谐振器的等效长度越小，空间电磁辐射更强，除了近邻谐振器间的电磁耦合，非近邻谐振器间的寄生耦合也往往较强，寄生耦合的存在易产生不可控的传输零点，如图1a、图1b所示。文献[1]和[2]中采用的如图2a所示的均匀阻抗矩形谐振器和图2b的阶跃阻抗H型谐振器设计，均存在不可忽略的寄生耦合，滤波器响应存在传输零点，远端抑制恶化。

[1]Li Q,Guo X,Cao B,et al.A high performance narrowband superconducting filter at Ku‐band[J].Microwave and Optical Technology Letters,2012,54(6):1514-1516.

[2]Song X,Wei B,Cao B,et al.High‐performance narrowband superconducting filters with high Q resonators at X‐band[J].Microwave and Optical Technology Letters,2014,56(7):1516-1520.

通过减弱谐振器的电磁辐射来削弱寄生耦合是一种常规的设计方法，专利CN100505415和专利CN101740846中都采取了将微带谐振器折叠的设计思路，如图2c、图3所示，但随着微带线折叠次数的增加，谐振器的微波损耗将增加，谐振器的无载Q值随之减小，进而增大滤波器的插损值；对于工作于X波段乃至更高频段的滤波器，插损对滤波器性能的恶化尤为显著，专利CN101740846的实施例2的谐振器结构，如图3所示，无法简单的拓展到更高的工作频段；此外，高频电磁场的辐射相较于低频更难以限制，非近邻谐振器间电磁耦合效应更为显著，仅对谐振器结构单独设计已不能满足削弱寄生耦合的设计要求，最终设计得到的微带滤波器响应中仍会存在不可控的传输零点。因此，谐振器结构与滤波器在谐振器中的放置关系需要协同设计，才将有可能使工作在高频的滤波器响应中彻底消除传输零点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于旋进旋出结构微带谐振器的微带滤波器，可以消除滤波器响应中由非近邻谐振器间的寄生耦合引入的传输零点。

一种基于旋进旋出结构微带谐振器的微带滤波器，包括至少一个谐振器单元；所述谐振器单元至少包括三个采用旋进旋出结构的微带谐振器，其中，非相邻的微带谐振器呈平移对称方式排布。

较佳的，谐振器单元中相邻微带谐振器的对称方式包括但不限于轴对称、中心对称和旋转对称。

较佳的，所述滤波器包括两个以轴对称方式排布的谐振器单元，谐振器单元包括3个微带谐振器。

较佳的，每个谐振器单元中的相邻微带谐振器之间为轴对称方式。

较佳的，谐振器单元包括4个微带谐振器。

较佳的，相邻微带谐振器之间为轴对称方式。

较佳的，所述微带谐振器的尺寸为长×宽：1.74mm×1.24mm，微带线线宽为0.3mm，线间距为0.18mm。

较佳的，所述微带谐振器的微带线线宽为0.3mm，旋出部分的弯折处厚度为0.44mm，旋进部分的弯折处厚度为0.24mm。

较佳的，所述微带谐振器的旋出部分的末端端面中心上设置有矩形块。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种基于旋进旋出结构谐振器的微带滤波器，适用于X波段及更高的频段，能够精确控制谐振器工作频率；近邻谐振器间耦合方式灵活多样，非近邻谐振器间采用平移对称的方式布置，使得非近邻谐振器间的寄生耦合效应可忽略不计，设计得到的滤波器通带响应不存在传输零点。

附图说明

图1a是存在寄生耦合的微带滤波器的传输特性计算机仿真结果；

图1b是专利CN101740846中提出的一种微带滤波器传输特性曲线；

图2a是一种工作在X波段的均匀阻抗矩形谐振器；

图2b是一种工作在X波段的阶跃阻抗H型谐振器；

图2c是专利CN101740846中提出的一种工作在X波段的非对称微带谐振器；

图3是专利CN101740846中提出的一种工作在S波段的非对称微带谐振器；

图4是微带线的截面图；

图5是常规的发卡型谐振器；

图6是本发明旋进旋出结构微带谐振器的一种几何结构；

图7a是本发明微带谐振器末端加载小矩形块的一种几何结构；

图7b是本发明微带谐振器部分微带线线宽调整不一致的一种几何结构；

图8a是两个图6所示的谐振器以平移对称方式排布时的几何结构；

图8b是两个图6所示的谐振器以轴对称方式排布时的几何结构；

图8c是两个图6所示的谐振器以另一种轴对称方式排布时的几何结构；

图8d是两个图6所示的谐振器以中心对称方式排布时的几何结构；

图8e是两个图6所示的谐振器以另一种中心对称方式排布时的几何结构；

图9是图6所示的谐振器以图8a、8b、8c、8d、8e所示的排布方式摆放时耦合系数随距离变化的曲线；

图10是图6所示的谐振器的次近邻以平移对称方式排布时的一种几何机构；

图11a是应用图6所示的谐振器摆放的一个X波段6阶微带滤波器；

图11b是图11a中滤波器的传输特性曲线的计算机仿真结果；

图12是本发明Ku波段微带谐振器的一种几何结构；

图13a是应用图12所示的谐振器摆放的一个Ku波段4阶微带滤波器；

图13b是图13a中滤波器的传输特性曲线的计算机仿真结果。

其中，1-微带导体，2-地平面导体，3-介质层。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明的滤波器基于旋进旋出结构的微带谐振器，这一结构的特征在于电流方向相反的微带线始终平行放置，并一同被折叠缠绕(一圈)。

微带谐振器由一均匀线宽微带线构成，所述的均匀线宽微带线包括：上层的微带导体1，中间的介质层2以及下层的地平面导体3，如图4所示；对折成发卡型谐振器后，如图5所示，将其进一步折叠缠绕成具有旋进旋出的非对称结构，如图6所示。

该谐振器，微带线线宽约0.3mm，宽于典型的微带线谐振器线宽的0.08mm。

该谐振器，起始端和末尾端加载有小矩形块，如图7a所示；或，部分传输线线宽不一致，如图7b所示。加载小矩形块或调整部分传输线线宽，使谐振器的中心频率能够精确调节。

为了实现上述目的，本发明提供一种微带滤波器，其特征在于，包括：旋进旋出结构微带谐振器，次近邻谐振器以平移对称方式摆放。

所述旋进旋出结构微带谐振器由一均匀线宽微带线构成，对折成发卡型谐振器后，进一步折叠缠绕成具有旋进旋出的非对称结构。谐振器起始端和末尾端或加载有小矩形块，或部分传输线线宽稍有不一致。

所述的微带滤波器，最小结构单元以三个谐振器为一组，如图10所示，其中，近邻所述旋进旋出结构微带谐振器之间采用包括但不仅限于轴对称、中心对称、旋转对称等搭配的变换方式进行排布，如图8b、8c、8d、8e；次近邻所述旋进旋出结构微带谐振器之间采用平移对称方式排布,如图8a所示。

近邻所述旋进旋出结构微带谐振器之间采用包括但不仅限于轴对称、中心对称、旋转对称等变换方式进行排布。次近邻所述旋进旋出结构微带谐振器之间采用平移对称的方式进行排布。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步地描述。

实施例1

参照图4、6，利用微带线形成微带谐振器，该微带线为超导微带线，其上层微带导体1和下层地平面导体2均为YBCO超导薄膜，中间介质层3为介电常数为9.7的氧化镁晶体。

图6是本实施例根据频率为10GHz设计的一个X波段超导微带谐振器图形，图形尺寸为2.24mm×1.46mm(长×宽)，微带线的线宽为0.32mm，线间距为0.32mm。

为体现如图6所示的谐振器，以及图10所示的非近邻所述旋进旋出结构微带谐振器以平移对称方式排布的优势，给出了以图8a、8b、8c、8d、8e五种不同排布方式摆放的所述谐振器间的耦合系数随距离的变化关系。如图9所示，本发明谐振器以图8a排布方式摆放时，耦合系数衰减速度远大于其他各种排布方式。

图11a是本实施例根据中心频率为10GHz，带宽60MHz设计的一个X波段超导微带滤波器图形，图形尺寸为26mm×10mm(长×宽)，所述微带滤波器中，非近邻所述谐振器以平移对称方式进行排布。

图11b是本实施例超导微带滤波器的通带传输特性曲线的计算机仿真结果，仿真结果显示，所述微带滤波器通带传输特性曲线中不含有传输零点，证明了本发明的优越性。

实施例2

参照图4、12，利用微带线形成微带谐振器，该微带线为超导微带线，其上层微带导体和下层地平面导体均为YBCO超导薄膜，中间介质层为介电常数为9.7的氧化镁晶体。

图12是本实施例根据频率为13GHz设计的一个Ku波段超导微带谐振器图形，图形尺寸为1.74mm×1.24mm(长×宽)，微带线线宽为0.3mm，线间距为0.18mm。

图13a是本实施例根据中心频率为13GHz，带宽120MHz设计的一个Ku波段超导微带滤波器图形，图形尺寸为13.86mm×8mm(长×宽)，所述微带滤波器中，非近邻所述谐振器以图10所示的平移对称方式进行排布。

图13b是超导微带滤波器的通带传输特性曲线的计算机仿真结果，仿真结果显示，所述微带滤波器通带传输特性曲线中不含有传输零点，证明了本发明的优越性。

本发明是利用电磁仿真软件Sonnet完成计算机仿真，具体惭怍和仿真按照软件说明进行。

本发明中题的超导味道滤波器是按常用工艺制作的，即光刻、干法刻蚀、切割、组装等工艺步骤制作的，属于本领域技术人员的公知技术。

本发明提供的微带谐振器具有旋进旋出的非对称结构，微带线线宽宽，无载Q值高，适用于X波段及更高的工作频率，微带滤波器非近邻谐振器以平移对称方式排布，有效削弱寄生耦合，消除通带响应中传输零点。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。