基于可变形高温超导材料的腔体谐振器制作方法与流程

本发明属于超导元器件设计技术领域，涉及高温超导谐振元器件的设计及调谐方法，特别涉及一种基于可变形高温超导材料的腔体谐振器制作方法。

背景技术：

高温超导谐振器件因其良好的电路特性(如高Q值特性)被广泛应用于国防科技、航空航天以及卫星通信等前沿领域，作为电路元件的基础单元。

随着通信产业的快速发展，各种通信标准同时存在使得频率资源越来越紧张，对于无线通信系统的前端接收设备的要求也越来越高。具体表现是高效的频谱利用率问题，即对具有高选择性、小体积、低成本、设计灵活的射频滤波器有着迫切需求。高温超导技术目前发展已经较为成熟，利用高温超导材料设计的滤波器具有插损小，带边陡峭，矩形系数高的特点，因此已在通信领域被广泛使用。但是，目前普遍使用在微波波段的超导材料为基于单晶衬底的超导薄膜材料，此类材料具有几乎不可弯折、加工时容易破碎的不足，通常被用来制作平面型谐振器/滤波器。而作为微波谐振器领域另一常见的元器件-腔体谐振器/滤波器，却难以通过此类基于单晶衬底的超导材料来实现。本申请人曾做过将基于单晶衬底的超导薄膜材料应用到腔体谐振器/滤波器的尝试，从电路性能参数来看，确实带来了很大的突破，但是由于此类超导材料的易碎性，加工难度较大，制作的腔体滤波器由于易碎性的影响，可调整的参数也非常有限。

可变形高温超导材料(如二代高温超导带材)在近年来技术取得了快速发展，目前已能够在电力传输中被商业化使用，并可提高电流传输容量5至10倍，能耗降低三分之二。此类材料的特点是可随意弯折，可加工性强。相对于电力传输的低频领域，将二代超导带材应用到射频、微波及更高频率领域仍然未见尝试或报道。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的超导腔体滤波器加工制造难度大，调谐参数有限等不足，提出了一种基于可变形高温超导材料的腔体谐振器制作及调谐方法。

本发明的技术方案为：基于可变形高温超导材料的腔体谐振器制作方法，包括以下步骤：

a1、根据目标电路参数设计谐振器电路；

a2、根据谐振器电路设计谐振器腔体，设计谐振器腔体时预留可变形高温超导材料及粘接尺寸，以使安装完成的谐振器尺寸与所设计的电路尺寸相符；

a3、根据谐振器腔体尺寸裁剪可变形高温超导材料为相应的片状备用；

a4、将裁剪备用的二代超导带材对应固定到谐振器腔体内表面或者直接将其焊接成微波谐振腔。

优选方案，在步骤a1中，谐振器腔体设置调谐结构部，所述调谐结构部预留相应位置的可变形高温超导材料的调谐空间位置。

优选方案，所述调谐结构部对谐振器内部空间尺寸的调节下限不低于自由状态体积V₀的0.2倍，调节上限不高于V₀的3倍。

优选方案，在步骤a1中，所述设计的谐振器电路频率F1与目标电路的频率F的绝对差值不小于f，其中0M≤f≤1000M，M为频率单位兆Hz。

优选方案，所述f为30M。

优选方案，谐振器电路频率F1小于目标电路的频率F。

优选方案，所述制作方法还包括以下步骤：

a5、调谐：调整调谐螺钉，使调谐螺钉推动对应表面的超导电路片向腔内凸起，以改变腔内的空间尺寸。

本发明的有益效果：本发明将二代超导材料引入现有的腔体滤波器/谐振器设计中，实现了腔体超导滤波器设计。同时，利用二代超导带材易于加工，可变形，易变形及不易破碎的特点，设计了可以调整谐振腔内部尺寸的调谐结构和调谐方法，给腔体超导谐振器/滤波器提供了更丰富且更有效的调谐方式，降低了谐振器的设计难度，也降低了对谐振器加工的精度要求。设计电路时通过设置与目标电路频率的差值设计，同时解决了产品在调谐过后的使用稳定性问题。

附图说明：

图1为本发明的基于可变形高温超导材料的腔体谐振器制作方法优选实施例流程图。

具体实施方式

本发明的实施例是依据本发明的原理而设计，下面结合附图和以下具体实施例对本发明作进一步的阐述。

如图1所示，本实施例的基于可变形高温超导材料的腔体谐振器制作方法，包括以下步骤：

a1、根据目标电路参数设计谐振器电路；

a2、根据谐振器电路设计谐振器腔体，设计谐振器腔体时预留可变形高温超导材料及粘接尺寸，以使安装完成的谐振器尺寸与所设计的电路尺寸相符；

a3、根据谐振器腔体尺寸裁剪可变形高温超导材料为相应的片状备用；如果谐振器腔体选择为异形腔体，则相应的将超导材料裁剪和/或弯折处理为对应的异形形状。上述的“相应”是指与所述谐振器腔体形状及尺寸相对应。

a4、将裁剪备用的二代超导材料对应固定到谐振器腔体内表面，固定是优选采用导电胶连接，也可以采用焊接的方式进行电连接和/或固定连接。

优选实施例方案，在步骤a1中，谐振器腔体设置调谐结构部，所述调谐结构部预留相应位置的可变形高温超导材料的调谐空间位置。

优选实施例方案，所述调谐结构部对谐振器内部空间尺寸的调节下限不低于自由状态体积V₀的0.2倍，调节上限不高于V₀的3倍。

优选方案，在步骤a1中，所述设计的谐振器电路频率F1与目标电路的频率F的绝对差值不小于f，其中0M≤f≤1000M，M为频率单位兆。设置差值f的主要目的如下：电路设计通常通过软件仿真参数确定，但确定的参数在加工过程中难免存在误差，电路加工的误差容易造成实际生产的电路与目标电路参数不匹配的情况。传统设计中为了解决这个问题，一方面是将加工误差控制到尽量小，另一方面是设计调谐结构以对电路的参数进行微调，进而达到矫正的目的。优选实施例方案，所述f为30M。通过设置偏差频率f，并通过调谐达到目标电路参数，主要优点在于电路调整到目标参数后，由于腔体的调谐部分处于一定力度下的张紧状态，因此电路具有更高的稳定性。

优选方案，谐振器电路频率F1小于目标电路的频率F。

优选方案，所述制作方法还包括以下步骤：

a5、调谐：调整调谐螺钉，使调谐螺钉推动对应表面的超导电路片向腔内凸起，以改变腔内的空间尺寸。

以下提供的是依据本发明实施例的方法制作的谐振器，用于辅助对本发明方案的理解，不应被理解为对本发明的限制：可变形高温超导材料微波腔体谐振器，包括谐振器腔体，可变形高温超导材料以完全覆盖的方式贴附在所述谐振器腔体电路结构表面以形成超导谐振腔。其中谐振器腔体用于提供超导材料形成电路时的标准电路尺寸，主要起到力学支撑及保护作用，同时还兼具包括提供调谐结构设计在内的其他作用。

优选方案，所述谐振器腔体为导体，可变形超导材料通过导电胶粘接在谐振器腔体相应表面。采用导体作为腔体材质，可以在一定程度上提高电路的性能，具体表现在可辅助解决相互分离的超导电路片之间的连续到点问题，提高其导电的可靠性。

优选方案，谐振器腔体设置有调谐螺钉孔，用于向谐振器腔体内部插入调谐螺钉。需要说明的是，作为优选实施例，谐振器腔体可以包括传统的调谐结构，但这里所述的调谐螺钉孔特指设置在谐振器腔体上的调谐螺钉孔，与该孔相对应的超导电路表面并不存在对应的开孔。其主要目的是，通过调节调谐螺钉的插入深度，可以调节该表面上超导片向腔体内部凸起的程度，进而可以改变电路腔体的内部尺寸，实现高效调谐。具体设计可以参考以下实施例，谐振器腔体设置调谐螺钉孔的表面粘接可变形高温超导材料时，导电胶涂覆于以调谐螺钉孔位中心的外边缘，以使调谐螺钉孔周围一定面域S内无导电胶固定。考虑到上述结构特征和电路通常对调谐的需求，作为优选，所述面域S的面积不小于谐振器设置调谐螺钉孔的内表面面积S₁的1/2。进一步的，面域S和内表面面积S₁满足如下要求，0.5S1≤S≤0.9S₁。该范围限定可以有效平衡超导片与腔体结合的结构强度和调谐范围之间的关系，使二者的参数达到最优匹配。即再保证电路强度的前提下提供足够的调谐范围。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。