一种高温超导滤波器的制作方法

本发明涉及微波无源器件技术领域，具体涉及一种高温超导滤波器。

背景技术：

通信产业的快速发展，人们对滤波器的要求越来越高，通常以低损耗、低噪声、高频率选择性、体积小、重量轻等为设计目标，从而增加滤波器设计的难度。而高温超导技术是在近几年快速发展起来的一项高科技技术，由于采用高温超导薄膜制作成的微带滤波器，具有极小的噪声系数、极低的插入损耗、极高的选择性和体小质轻等优势，越来越受到人们的关注。与常规滤波器相比，高温超导滤波器因具有灵敏度高、抗干扰能力强和体积小的特点，更能应对各种军用和民用领域的技术挑战，具有非常广阔的应用前景。

高温超导滤波器电路设计大多采用二分之一波长谐振器耦合结构，这种设计方案一般都会在滤波器工作频率的二倍频处产生谐振频率而形成寄生通带，严重影响滤波器的阻带抑制性能。因此，许多学者致力于开展抑制寄生通带的研究。其中有通过采用增加传输零点来提高倍频处的衰减方法，但采用传输零点抑制的带宽相对较窄，对倍频通带的抑制往往不理想，而且增加了滤波器设计的复杂度；有利用缺陷地(DGS)结构进行滤波器谐波抑制的方法，但需要对微带滤波器电路进行双面加工，增加了工艺难度；也有通过交插指结构实现谐振器终端加载电容，有效抑制了滤波器二倍频处的寄生通带，但滤波器体积较大，不利于器件的小型化。

技术实现要素：

本发明提供一种高温超导滤波器，其结合插指结构和分形结构的优点，具有小型化和更强二次谐波抑制的特点。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高温超导滤波器，包括输入微带、输出微带和微带谐振器阵；所述微带谐振器阵包括2个以上相互平行排列的谐振器；每个谐振器均为插指结构和分形结构组合而成的谐振器，其中插指结构形成该谐振器的开口端，分形结构形成该谐振器的闭口端；每2个相邻的谐振器之间留有一定的间隙，且两者的闭口端和开口端的位置相互交错；输入微带与微带谐振器阵中的第一个谐振器发生激励关系，输出微带与微带谐振器阵中的最后一个谐振器发生激励关系。

上述方案中，分形结构为Hirbert分形结构或基于Hirbert的准分形结构。

上述方案中，分形结构的迭代次数K介于2～4之间。

上述方案中，插指结构由多条相互平行插指枝节组成；每2条相邻的插指枝节之间留有一定的间隙；每2条相邻的插指枝节的指向相互交错对插，即一个插指枝节指向输入微带一侧，另一个插指枝节指向输出微带一侧。

上述方案中，插指结构的插指枝节的条数为10个以上。

上述方案中，每个谐振器的线宽Wd相一致。

上述方案中，每2个相邻的谐振器之间设有一段微带条。

上述方案中，每2个相邻的谐振器之间的距离从微带谐振器阵的中间向两边逐渐增大。

上述方案中，输入微带与微带谐振器阵中的第一个谐振器发生激励关系为直接激励或间接激励。

上述方案中，输出微带与微带谐振器阵中的最后一个谐振器发生激励关系为直接激励或间接激励。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、通过在半波长发夹型谐振器中引入插指结构和分形结构，使微带谐振器阵中的每一个谐振器同时具备这两种结构的优点，从而实现滤波器小型化和二次谐波抑制的目的；

2、不仅二次谐波抑制能力更强，可以把滤波器的二次谐波抑制在三倍频之外，而且比一般发夹型滤波器的体积更小，完全可以满足系统对滤波器设计的要求；

3、具有设计灵活，结构紧凑，易于集成的特点，适合高品质因数的高温超导薄膜的制作。

附图说明

图1为一种高温超导滤波器的结构示意图。

图2为高温超导滤波器的谐振器结构的设计由来。

图3为谐振器的分形结构示意图。(a1)为迭代次数为K＝1时的Hirbert分形结构；(a2)为迭代次数为K＝2时的Hirbert分形结构；(a3)为迭代次数为K＝3时的Hirbert分形结构；(b1)为迭代次数为K＝1时的Hirbert准分形结构；(b2)为迭代次数为K＝2时的Hirbert准分形结构；(b3)为迭代次数为K＝3时的Hirbert准分形结构。

图4为图1的高温超导滤波器频率响应曲线图。

图中标号：1、输入微带；2、输出微带；3、微带谐振器阵；31、谐振器；311、插指结构；312、分形结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种高温超导滤波器，如图1所示，包括输入微带1、输出微带2和微带谐振器阵3。微带谐振器阵3所用的高温超导薄膜材料为镝钡铜氧(DBCO)，衬底材料为0.5mm厚度的2英寸氧化镁(MgO)，其介电常数为9.74。所述微带谐振器阵3包括2个以上谐振器31，谐振器31通过依序交错平行排列进行耦合。谐振器31的个数由滤波器的设计需求进行选定，其个数既可以是奇数，也可以是偶数。在本发明优选实施例中，谐振器31的个数为8个，构成一个8阶的广义切比雪夫带通滤波器。

每个谐振器31均为插指结构311和分形结构312组合而成的谐振器31。每个谐振器31的形状是由传统的发夹形的半波长谐振器31演变而来。该谐振器31的开口端设有插指结构311，即插指结构311形成该谐振器31的开口端。该发夹形谐振器31的闭口端设有分形结构312，即分形结构312形成该谐振器31的闭口端。参见图2。将分形结构312应用于滤波器，使得滤波器具有紧凑性高和二次谐波抑制的特点；而通过在半波长谐振器31中引入插指枝节，可以实现谐振器31终端电容的加载，又因谐振器31的电容增大导致频率减小，所以谐振器31工作在基频的时候，该谐振器31的等效电容增大，频率会减小，而在二倍频的时候，该谐振器31的等效电容减小，频率会增大，从而增加了谐振器31基频和二倍频之间的频带宽度，最终实现滤波器二次谐波抑制的目的。在本发明优选实施例中，对于单个谐振器31来说，其无论是插指结构311部分，还是分形结构312部分的线宽Wd均始终一致。通过调节每个谐振器31侧壁Wa的微带线长度，从而改变谐振器31的谐振频率，使其谐振于所对应通带的中心频率处。

上述插指结构311由多条相互平行且对插的插指枝节组成。每2条相邻的插指枝节之间的间距宽度相同，而插指枝节的宽度Wc可以和谐振器31的微带线宽度Wd相同，也可以不同。在本发明优选实施例中，交插指结构311中插值枝节的线宽Wc既与相邻插值枝节的间距宽度Ws相等，又与谐振器31的微带线宽度Wd也相同。插指结构311的插指枝节的条数根据滤波器的设计需求进行选定，一般插指枝节的条数越多，二次谐波抑制越好。在本发明中，插指结构311的插指枝节的条数为10个以上。在本发明优选实施例中，插指结构311的插指枝节的条数为10。

上述分形结构312为Hirbert分形结构312或基于Hirbert的准分形结构312。分形结构312的迭代次数K根据滤波器的设计需求进行选定，分形结构312的迭代次数K最小为2次，最大为满足设计所能承受的插入损耗的次数，这样才能使谐振器31小型化的效果更加明显。在本发明中，分形结构312的迭代次数K介于2～4之间。在本发明优选实施例中，分形结构312的迭代次数K为2。参见图3，其中(a1)为迭代次数为K＝1时的Hirbert分形结构；(a2)为迭代次数为K＝2时的Hirbert分形结构；(a3)为迭代次数为K＝3时的Hirbert分形结构；(b1)为迭代次数为K＝1时的Hirbert准分形结构；(b2)为迭代次数为K＝2时的Hirbert准分形结构；(b3)为迭代次数为K＝3时的Hirbert准分形结构。

对于整个微带谐振器阵3来说，每个谐振器31的形状和尺寸完全相同。所谓形状一致，不仅是指每个谐振器31的插指结构311部分相一致，如插指枝节的条数、插指枝节的长度、或插指枝节的间距等一致；而且是指分形结构312部分也一致，如分形结构312的特点或迭代次数等一致。所谓尺寸完全一致，不仅是指每个谐振器31的宽度Wh和长度Wa一致，而且是指每个谐振器31的线宽也一致。

每2个相邻的谐振器31之间留有一定的间隙。对于整个微带谐振器阵3来说，每2个相邻的谐振器31之间的距离从微带谐振器阵3的中间向两边逐渐增大，即L45＜L34＝L56＜L23＝L67＜L12＝L78。为了增大相邻谐振器31之间的耦合强度，每2个相邻的谐振器31的闭口端和开口端的位置相互交错，如一个谐振器31的闭口端即分形结构312位于谐振器31的上部，开口端即插指结构311位于谐振器31的下部；则另一个谐振器31的闭口端即分形结构312位于谐振器31的下部，开口端即插指结构311位于谐振器31的上部。通过谐振器31交错平行排列进行耦合，进而可以实现滤波器小型化和二次谐波抑制的特性。此外，每2个相邻的谐振器31之间还可以加入微带条或者使两谐振器31上下平行移位，从而起到微调谐振器31间耦合系数的作用。

为了实现微带谐振器阵3与外部器件的连接，微带谐振器阵3的两端还设有输入微带1和输出微带2。输入微带1与微带谐振器阵3中的第一个谐振器31发生激励关系，其方式可以是直接激励，也可以是耦合激励。输出微带2与微带谐振器阵3中的最后一个谐振器31发生激励关系，其方式可以是直接激励，也可以是耦合激励。在本发明优选实施例中，输入微带1和输出微带2均采用直接激励的方式，即输入微带1与第一个谐振器31的最左侧直接电气连接，输出微带2与最后一个谐振器31的最右侧直接电气连接。输入微带1和输出微带2与微带谐振器阵3的接入点位置与阻抗匹配有关，在本发明优选实施例中，输入微带1与第一个谐振器31的闭口端的距离H1等于输出微带2与最后一个谐振器31的闭口端的距离H2。为了保持滤波特性的对称性，输入微带1的宽度W1与输出微带2的宽度W2相等，输入微带1的长度L1与输出微带2的长度L2相等。

下面给出本发明的一个具体实例：微带谐振器阵3包含8个谐振器31。谐振器31间的间距分别为L12＝0.4mm，L23＝0.51mm，L34＝0.54mm，L45＝0.55mm，L56＝0.54mm，L67＝0.51mm，L78＝0.4mm。谐振器31中的微带线宽度取Wd＝0.1mm，其线间距取Ws＝0.1mm，每个谐振器31的宽为Wh＝1.5mm。整个微带谐振器阵3所占的面积为15.45mm×4.16mm，相比同介质、同微带线尺寸的半波长发夹型滤波器所占面积要小的多，因此此方案具有小型化的特点。输入微带1馈线的宽度W1＝0.48mm，输出微带2馈线的宽度W2＝0.48mm，长度对整个滤波器的性能影响不大，此处取为L1＝L2＝3.28mm。该高温超导滤波器的结果仿真图如图4所示，本发明一方面可以对半波长谐振器31的二次谐波起到明显的抑制作用，有利于提高信号的质量；另一方面可以有效地减小谐振器31的体积，利于器件的小型化。

上述实施例，仅为本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。