专利名称：可调的高温超导滤波器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及可调的高温超导(HTS)滤波器，尤其涉及一种这样的滤波器，其中心频率可以在一个宽的频率范围内调整而不会引起性能变劣。
背景技术：
直到20世纪80年代后期，超导现象还具有极少的实际应用，这是因为其需要在液态氦的温度范围内操作。在20世纪80年代后期，含有稀土金属的陶瓷金属氧化物化合物开始从根本上改变这种情况。这种材料的主要例子包括YBCO(钇钡铜氧化物，见WO88/05029和EP-A-0281753)、TBCCO(铊钡钙铜氧化物，见US4962083)和TPSCCO(铊铅锶钙铜氧化物，见US5017554)。所有上述公开物的全文都被包括在此作为参考。
已经发现，这些被称为HTS(高温超导体)材料的化合物在足够高的温度下具有超导性能，从而使得能够使用液态氮作为冷却剂。因为液态氮在77K(-196℃/-321)下的冷却效果比液态氦强20倍，而成本却低10倍，所以大量的可能的应用已经开始，以便带来经济效益。例如，HTS材料已被用于从诊断医疗设备到粒子加速器的广泛的应用中。
许多电子装置(尤其是在通信领域)的一种基本元件是滤波器元件。HTS滤波器被公认为在电信、仪器仪表和军用设备中具有广阔的应用前景。HTS带通滤波器的优点在于，其具有极低的带插入损失、高的偏离带带阻和陡的边缘。HTS带阻滤波器具有带内带阻极高、偏离带插入损失低并具有陡的边缘的优点。这两种类型的滤波器的优点都是由于在HTS材料中具有极低的损失。共同拥有的US6108569(该专利全文被包括在此作为参考资料)公开了一种HTS小型滤波器，其利用自谐振的螺旋谐振器作为基本的构造块。这些HTS小型滤波器具有非常小的体积和非常轻的重量，其大大有利于低温设备，因而增加了被用于许多低温设备的可能性。
某些应用要求滤波器具有频率调整能力。在现有技术中有3种实现频率调整能力的方法。D.E.Oates等人在IEEE Trans.Appl.Supercond.7，2338(1997)中说明的第一种方法涉及使用铁氧体材料。使用铁氧体材料带来的主要问题是，和HTS材料相比，在低温下铁氧体材料的Q值太低。换句话说，在HTS滤波器中引入铁氧体材料将使性能变劣。
在G.Subramanyam等人的NASA Agency Report No.NASS/TM-1998-207490中说明的第二种方法涉及使用铁电体材料。铁电体材料调整和铁氧体材料调整一样具有低Q值的缺点，此外，还具有偏置电路问题。为了调整所述滤波器，需要偏置电路在铁电体材料上施加电压，这将引起滤波器性能变劣。
在T.W.Crowe等人在Infrared Phys.And Tech.40，175(1999)中说明的第三种方法涉及使用变容二极管作为和滤波器的谐振器相连的可变电容。这种方法的问题和铁电调整的问题类似，即具有低Q值和偏置电路问题。
发明概述因而，本发明的一个目的在于提供一种可调的HTS滤波器，其性能不会由于使用外部材料与/或偏置电路而导致Q值的降低而变劣。因而，按照本发明的一个方面，提供一种可调HTS滤波器，包括(a)外壳，其具有第一内表面，和所述第一内表面相对且隔开的第二内表面，以及至少一个其它内表面，所述其它内表面和所述第一、第二内表面相连，从而构成所述的外壳，其中所述外壳的至少所述内表面由导电材料制成，并且其中所述外壳配备有输入连接器和输出连接器；(b)在所述外壳内的HTS滤波器电路，所述HTS滤波器电路包括衬底，所述衬底具有和所述第二内表面相对且隔开的前表面和与所述第一内表面呈接地接触的后表面，在所述前表面上的HTS滤波器元件，所述HTS滤波器元件包括一个或几个HTS谐振器、用于使所述HTS滤波器元件和所述输入连接器相连的输入传输线，以及输出传输线，所述输出传输线用于使所述HTS滤波器以及和所述输出连接器相连；(c)在所述外壳内的板，所述板具有和所述HTS滤波器电路相对且隔开一定距离的前表面，以及和所述第二内表面相对的后表面，其中所述前表面的至少和所述HTS滤波器元件的一个或几个谐振器相对的部分被HTS膜覆盖；(d)致动器，其和所述板以及所述第一内表面、所述第二内表面以及所述HTS滤波器电路中的一个或几个相连，并且所述致动器限定所述板的前表面和所述HTS滤波器元件的所述前表面隔开的所述距离，只要在所述板和所述HTS滤波器电路之间的所述致动器连接是不导电的；以及(e)和所述致动器相连的调整控制器，用于调整所述板的前表面和所述HTS滤波器电路的HTS滤波器元件之间的所述距离。
上述的板和HTS滤波器电路中的谐振器的磁场相互作用，随着在所述的板和HTS滤波器电路之间的距离的改变而改变其谐振频率。因而，板的运动“调整”HTS滤波器的中心频率。
不过，在调整处理期间，谐振器之间的耦合也可能改变，这又引起谐振器的带宽和频率响应的形状的改变。这些副作用可能使滤波器的性能变劣，因而，本发明的另一个目的在于，提供一种可以补偿所述副作用的HTS滤波器元件。因而，按照本发明的另一个方面，提供一种HTS滤波器电路，其包括一个或几个补偿谐振器间的耦合的电路，用于补偿这些可能的副作用。更具体地说，提供一种HTS滤波器电路，包括(1)具有前侧面和后侧面的衬底；(2)和所述衬底的所述前侧面紧密接触的至少两个HTS谐振器；(3)包括一个传输线的输入耦合电路，所述传输线第一端和所述至少两个自谐振的螺旋谐振器的第一个相连，第二端和一个输入连接器相连；(4)包括一个传输线的输出耦合电路，所述传输线第一端和所述至少两个自谐振的螺旋谐振器的第二个相连，第二端和一个输出连接器相连；(5)谐振器间耦合电路，包括至少部分地被设置在相邻的一对所述至少两个HTS谐振器之间的HTS传输线，所述传输线连接所述相邻的一对HTS谐振器；(6)被设置在所述衬底的所述后侧面上的空白HTS膜；以及(7)被设置在所述空白HTS膜上的作为对所述HTS滤波器电路的外壳接地连接的膜。
从下面结合附图进行的详细说明，本领域的技术人员更容易理解本发明的这些和其它的目的、特点和优点。
附图简要说明
图1表示按照本发明的可调HTS带通滤波器的实施例的几种视图；具体地说，表示具有方形的螺旋谐振器的可调HTS 4-极带通小型滤波器电路。图1a表示其纵截面图。图1b表示横截面图。图1c表示顶视图，其中外壳的顶部的板和致动器被除去了。
图2表示按照本发明的可调HTS带阻滤波器的实施例的几种视图；具体地说，表示具有方形的螺旋谐振器的可调HTS 4-极带阻小型滤波器电路。图2a表示其纵截面图。图2b表示横截面图。图2c表示顶视图，其中外壳的顶部的板和致动器被除去了。
图3表示适用于作为按照本发明的可调HTS滤波器的构造块的HTS谐振器的几种优选实施例。图3a表示具有圆角的矩形螺旋谐振器。图3b表示矩形双螺旋谐振器。图3c表示圆形螺旋谐振器。图3d表示镜面对称的矩形双螺旋谐振器。图3e表示旋转180度对称矩形双螺旋谐振器。图3f表示双镜面对称矩形四螺旋谐振器。图3g表示旋转90度对称的矩形四螺旋谐振器。图3h表示曲折线谐振器。图3i表示镜面对称的双曲折线谐振器。图3j表示双镜面对称的四曲折线谐振器。
图4表示适用于按照本发明的可调HTS滤波器中的输入耦合电路和谐振器之间的补偿耦合电路的几种优选实施例。
图5表示用于调整按照本发明的HTS滤波器的中心频率的板的几种优选实施例。
图6表示用于使板移动以便调整本发明的可调HTS滤波器的结构的另一个优选实施例的几种视图。
优选实施方式的详细说明如上所述，本发明提供一种可调的HTS滤波器，其性能不会由于使用外部材料和/或偏置电路而导致Q值的降低而变劣。这是通过一种HTS滤波器实现的，所述HTS滤波器合有一个用于调整HTS滤波器的中心频率而不会导致性能变劣的可动板。因为除去HTS滤波器本身即HTS膜及其衬底之外没有外部材料，并且在HTS滤波器电路中不引入偏置电路，因而不发生Q值的降低。因此，按照本发明的HTS滤波器可以在一个宽的频率范围内调整，而不会有明显的性能变劣。
本发明的一个优选实施例旨在提供一种具有可调结构的HTS滤波器，所述结构包括上述离开HTS滤波器电路一定距离并且和一个致动器相连的板，所述致动器可以改变所述板相对于所述HTS滤波器电路的位置。这个实施例能够调整HTS小型滤波器的中心频率，而不会引起性能变劣。
用于可调的HTS滤波器的外壳是用于容纳各个电路元件的外包装。因为HTS滤波器元件在低温条件下工作，所以外壳最好是一个真空杜瓦瓶装置，其具有与其相连的低温源，所述低温源最好与其成一个整体。所述外壳的形状是不重要的，只要其能够容纳所有的元件即可。例如，外壳可以是方形的、矩形的、圆形的或任何其它形状的。在本文中，第一内表面例如指外壳顶部的内表面，第二内表面例如指外壳底部的内表面，至少一个其它的内表面例如指外壳侧壁的内表面。当然，其它内表面的数量和外壳的形状有关。例如，圆形(管状)的外壳将具有顶部、底部和唯一的其它内表面，而方形(立方体)的外壳将具有底部、顶部和四个侧壁的内表面。
外壳的内表面由导电材料制成，例如以便接地。因而，外壳可以由陶瓷或塑料材料制成，其中内表面被涂覆或电镀导电材料，例如金属。不过，为了便于制造，最好所述外壳用金属制成。
如上所述，外壳最好是一种具有和其相连的低温源的真空杜瓦瓶装置。在真空内操作低温元件是非常必要的，以便减少由杜瓦瓶装置内的分子传递给低温电子元件的热量。
低温源对低温电子元件提供冷却。如果所述装置被部署在宇宙空间，则低温源可以是宇宙空间的环境条件，但是，低温源一般是具有合适体积和功率要求的小型低温冷却机单元。这种小型的低温冷却机一般是等温等容循环机，例如在US4397155、EP-A-0028144、WO90/12961、WO90/13710中描述的那样(这里将这些专利全文在此引为参考包括进来)。
低温电子部分所需的总的冷却功率直接影响着作为低温源的冷却机的体积、重量和总的操作功率。所需的冷却功率越大，冷却机的体积、重量和总的操作功率也越大。所需的总的冷却功率是诸多因素的函数，其中最重要的包括冷表面的红外加热、由气体分子产生的从暖表面到冷表面的传导热流和由于连接器引起的传导热泄漏。冷表面的红外加热可以通过两个参数被减少，即冷表面的尺寸和相对于环境温度保持冷的表面的温度。滤波器的尺寸和包装决定了冷表面的尺寸。
因此，非常需要减小低温电子元件的尺寸，以便减小封装的尺寸。如下面进一步详细阐述的那样，这可以利用在上述的US6108596中披露的HTS小型滤波器结构和螺旋谐振器来实现，它们可以按照下述进行修改。
所述外壳还配备有输入和输出连接器，其从外壳内的低温条件过渡到外壳外的环境条件。所述输入输出连接器最好和外壳成一个整体，并被气密性地密封。
如上所述，HTS滤波器电路的优选结构如上述的US6108569披露的那样。更具体地说，优选的HTS滤波器电路包括(1)具有前表面和后表面的衬底；(2)和所述衬底的所述前表面紧密接触的至少两个HTS谐振器；(3)具有传输线的输入耦合电路，所述传输线具有第一端和第二端，所述第一端和所述至少两个HTS谐振器中的第一个相连，所述第二端用于连接输入连接器；(4)具有传输线的输出耦合电路，所述传输线具有第一端和第二端，所述第一端和所述至少两个HTS谐振器中的第二个相连，所述第二端用于连接输出连接器；(5)谐振器之间的耦合装置；(6)被淀积在所述衬底的所述后表面上的空白的HTS膜；以及(7)被淀积在所述空白HTS膜上的用于所述HTS滤波器电路的外壳接地的膜。
在本发明的实施中使用的HTS谐振器可以具有各种形状，包括具有圆角的矩形单螺旋谐振器、圆形单螺旋谐振器、矩形双螺旋谐振器、圆形双螺旋谐振器、具有圆角的镜面对称双螺旋谐振器，具有圆角的旋转180度的矩形双螺旋谐振器，具有圆角的双镜面对称的矩形螺旋谐振器、具有圆角的旋转180度对称矩形螺旋谐振器，具有圆角的旋转90度对称的方形四螺旋谐振器、具有圆角的曲折线谐振器、具有圆角的镜面对称双曲折线谐振器，以及具有圆角的双镜面对称四曲折线谐振器，如下面参照附图进行的详细说明中所述的。最好自谐振螺旋谐振器是上述US6108569中披露的谐振器，包括以螺旋方式取向的高温超导线，(i)相邻的超导线彼此由一个小于超导线宽度的间隙距离隔开；以及(ii)使得在螺旋内形成中心开口，所述开口的尺寸近似等于间隙距离。
HTS滤波器电路被设置在外壳内，使得后表面和外壳的第一内表面呈接地接触。在优选实施例中，第一内表面也可以作为冷却板，使“外”表面(和第一内表面相对的表面)和低温源接触。更具体地说，外壳和低温源，例如小型的低温冷却机，形成一个整体的包装，这可以进一步减少可调HTS滤波器单元的最终的尺寸和重量。
所述的板位于HTS滤波器电路的前表面(例如谐振器)的对面，其和HTS滤波器电路中的谐振器的磁场相互作用，从而当所述板和HTS滤波器电路之间的相对距离改变时，其谐振频率改变。因而，所述板相对于HTS滤波器电路的运动可以“调整”HTS滤波器的中心频率。
HTS滤波器电路的谐振器之间的耦合可以是相邻谐振器之间的间隙，在所述间隙中两个谐振器的电磁场重叠。不过，在调整处理期间，这种谐振器之间的耦合可以改变，这又引起滤波器的带宽和频率响应的形状改变。这些副作用可以导致滤波器的性能变劣。因而，在本发明的另一个方面中，HTS滤波器元件最好包括一个或几个补偿谐振器之间耦合的电路，用于补偿这些可能的副作用。
一个优选的耦合电路包括HTS传输线，所述传输线至少部分地被设置在相邻的一对HTS谐振器之间，使得所述传输线和所述相邻的一对HTS谐振器相连。例如可以通过以下处理发生耦合使HTS传输线和谐振器相连；把HTS传输线插入谐振器末端的两个分裂的分支线路的缝中；把HTS传输线置于靠紧且平行于谐振器的边沿处；或者上述处理的任意组合。
在本发明的可调HTS滤波器中使用的可动板包括具有前表面和后表面的衬底，所述前表面面向HTS滤波器电路，所述后表面面向外壳的第二内表面。可动板的前表面的至少一部分具有HTS膜，所述部分至少是在前表面上的相应于在HTS滤波器电路的前表面上的谐振器的位置的面积。不过，为了容易制造，HTS膜可以盖住整个前表面，或者盖住任何其它的部分，例如其面积稍微大于相应于HTS滤波器电路的前表面上的谐振器的面积，或者除去面向HTS滤波器电路的输入和输出电路区域的两个端部区域之外的整个前表面。后表面最好用空白的HTS膜覆盖，在所述空白膜的上方淀积有空白的导电膜，尤其是当压电致动器和所述后表面相连时。
在本发明的一个优选实施例中，HTS滤波器的超导材料具有大于大约77K的转变温度Tc。此外，用于HTS滤波器电路的衬底和板应当具有与设置在其上的HTS膜匹配的介电材料的格子，损耗角正切大约小于0.0001。
用于HTS滤波器和可动板的优选的材料包括下述HTS材料中的一种或几种YBa2Cu3O7、Tl2Ba2CaCu2O8、TlBa2Ca2Cu3O9、(TlPb)Sr2CaCu2O7以及(TlPb)Sr2Ca2Cu3O9；下述衬底材料中的一种或几种LaAlO3、MgO、LiNbO3，蓝宝石和石英；以及空白接地膜-金和银中的一种或几种。
致动器可以具有多种形式。一种简单的形式是通过外壳连附到可动板的后表面上的螺栓机构，其可以手动地与/或通过机械(例如利用杠杆)与/或机电装置(例如电动机)转动。一个优选实施例是由压电材料构成致动器，通过对这种致动器施加电压，可以控制和调整可动板和HTS滤波器电路之间的相对距离。
在一个优选实施例中，HTS滤波器的致动器是一个或几个(根据下面讨论的结构而定)压电块，其由压电材料制成，工作温度为80K以下，灵敏度大于5×10-5/V/cm。满足这些条件的优选的压电材料例如包括PZT(钛酸铅锆，即(PbZr)TiO3)和钛酸钡(BaTiO3)。
致动器可用多种不同的结构连附于可动板上。例如，压电块的一端(具有金属表面)可被连附于可动板的后表面上，而另一端被连附于金属外壳的第二内表面上。作为另一个例子，4个基本相同的(每个具有金属表面)压电块的一端可被连附于可动板的前表面的每个拐角，而每个不导电的另一端被连附于外壳的第一内表面，或者HTS滤波器电路的每个相应的拐角。
为了控制压电致动器，可用一根金属线和压电块上的金属表面电气相连(例如直接相连或者通过在可动板的后表面上的导电层相连)并使金属线的相对端和至少一个调整连接器相连。所述连接器又可和一个控制装置相连，从而提供预定的控制电压。
参照附图可最好地理解本发明的优选实施例。
图1表示本发明的可调HTS带通滤波器。在图1a中，1是HTS滤波器电路，2是所述的板。在图1b中，1a是HTS滤波器电路1的衬底。在衬底1a的前表面上设置有HTS电路图形1b。在衬底1a的后表面上淀积有空白的HTS膜1c，用作滤波器1的接地平面。在空白的HTS膜1c的表面上淀积有导电膜1d(最好是金属例如金或银)。
HTS电路图形1b包括4个HTS螺旋谐振器9a、9b、9c和9d，输入传输线10a，输出传输线10b，谐振器间的耦合传输线11、11a、11b，从而构成四极带通滤波器，如图1c所示。HTS滤波器的电路1被连附于外壳5的底部(第一内表面)。输入连接器3a、输出连接器3b和调整连接器7被插入外壳5的侧壁中。如图1c所示，输入连接器3a、输出连接器3b分别和输入输出传输线10a、10b相连。
如图1b所示，板2包括衬底2a，在衬底2a的前表面和后表面上分别淀积有HTS膜2b、2c。在HTS膜2c的顶部，淀积有导电膜2d(最好是金属例如金或银)。
如图1a所示，由压电材料制成的致动器4具有和板2的后表面相连的一个侧面(通过导电膜2d)和与构成外壳5的一部分的盖6的内表面(第二内表面)相连的相对侧面。致动器4用于使板2相对于HTS滤波器的电路1运动，以便调整HTS滤波器的电路1的中心频率。使用导线8对致动器4提供调整电压，导线8的一端和调整连接器7相连，而另一端通过导电膜2d和致动器4相连。
图2表示本发明的可调HTS带阻滤波器。在图2a中，21是HTS滤波器电路，22是所述的板。在图2b中，21a是HTS滤波器电路21的衬底。在衬底21a的前表面上设置有HTS电路图形21b。在衬底21a的后表面上淀积有空白的HTS膜21c，用作滤波器21的接地平面。在空白的HTS膜21c的表面上淀积有导电膜21d(最好是金属例如金或银)。
HTS电路图形21b包括4个HTS螺旋谐振器29a、29b、29c和29d，HTS主传输线30，谐振器间的耦合传输线31、31a、31b，从而构成四极HTS带阻滤波器，如图2c所示。主传输线30具有和输入连接器23a相连的输入连接30a，和输出连接器23b相连的输出连接30b，并且在谐振器之间的位置呈曲折形。所述曲折形用于调整相位，从而获得最大的带内带阻。HTS滤波器电路21被连附于外壳25的底部(第一内表面)。输入连接器23a，输出连接器23b，和调整连接器27被插入外壳25的侧壁中。输入连接器23a和输出连接器23b被连接到主传输线30的两端，用于使偏离频带信号通过。
如图2b所示，板22包括衬底22a，在衬底22a的前表面和后表面上分别淀积有HTS膜22b、22c。在HTS膜22c的顶部淀积有导电膜22d(最好是金属例如金或银)。
如图2a所示，由压电材料制成的致动器24具有和板22的后表面相连的一个侧面(通过导电膜22d)和与构成外壳5的一部分的盖26的内表面(第二内表面)相连的相对侧面。致动器24用于使板4相对于HTS滤波器电路21运动，以便调整HTS滤波器电路21的中心频率。使用导线28对致动器24提供调整电压，导线28的一端和调整连接器27相连，而另一端通过导电膜22d和致动器24相连。
在图1和图2中，作为HTS滤波器的构造块的HTS谐振器是方形螺旋谐振器，但是不限于这种特定的形式，也可以使用其它形状的谐振器。图3示出了可用作可调HTS滤波器的构造块的HTS谐振器的不同实施例。
图3a表示矩形螺旋单谐振器，其由卷起从而形成具有圆角的HTS传输线构成。图3a中所示的圆角是45度直线形状。也可以使用圆形圆角。
图3b表示矩形双螺旋谐振器，其由在中心连接的两个并联HTS螺旋线构成。
图3c表示圆形单螺旋谐振器，其由被卷起从而形成圆形螺旋的传输线构成。
图3d表示镜面对称矩形螺旋谐振器，其由在两端卷起的相对于垂直中心线呈镜面对称的传输线构成。
图3e表示旋转180度对称矩形螺旋谐振器，其由在两端卷起相对于中心点180度旋转对称的传输线构成。
图3f表示双镜面对称矩形螺旋谐振器，其由在两端分裂从而形成4个螺旋的垂直中心传输线构成，所述4个螺旋相对于垂直中心线和水平中心线呈镜面对称。
图3g表示90度旋转对称的方形谐振器，其由4个方形螺旋构成，所述方形螺旋的一端在中心相连，相对于中心点成90度旋转对称。
图3h表示曲折线谐振器，由曲折传输线构成。
图3i表示镜面对称曲折线谐振器，由两个曲折形传输线构成，它们在左端相连，并相对于水平中心线呈镜面对称。
图3j表示双镜面对称曲折线谐振器，由两个镜面对称曲折线谐振器构成，所述曲折线谐振器被背靠背地设置，从而相对于垂直和水平中心线呈镜面对称。
如上所述，在本发明中使用的谐振器不限于图3所示的实施例。事实上，任何平面谐振器都可以用作本发明的可调HTS滤波器的构造块，其中沿着两个方向的所述谐振器图形长度大约小于波长的2％即可。小的尺寸是重要的，因为在图1中HTS滤波器的电路1和板2之间，或者在图2中的HTS滤波器电路的21和板22之间的空间在谐振器的区域内最好保持一致。否则，每个谐振器的谐振频率将不相同，这将使得滤波器的调整大大地复杂化，因而可能引起性能变劣。
如上所述，通过板的运动调整HTS滤波器电路的中心频率可能存在潜在的问题。板的运动影响HTS滤波器电路的磁场，这不仅改变频率，而且改变谐振器间的耦合，这可能引起性能变劣。
用于补偿这个问题的一种方法是仔细地选择在板的前表面(对着HTS滤波器电路)上的HTS膜的图形，以便使之只影响HTS谐振器的频率而不影响谐振器间的耦合。
补偿这个问题的另一种方法是引入补偿谐振器间耦合电路，用其抵销谐振器间耦合的不希望的改变。这种合适的谐振器间耦合电路的例子如图4所示。
图4a表示作为可调HTS带通滤波器的部件的两个相邻的螺旋谐振器40a和40b。HTS传输线41通过直接连附于谐振器40a被连接作为输入耦合电路。一个窄的HTS传输线42提供谐振器40a、40b之间的补偿耦合，其左端插入谐振器40a端部的缝43a中，其右端插入谐振器40b端部的缝43b中。
图4b表示作为可调HTS带通滤波器的部件的两个相邻的螺旋谐振器40c和40d。HTS传输线41a和谐振器40c相连，传输线41a的一端被插入谐振器40c一端的缝43c中作为输入耦合电路。一个窄的HTS传输线44提供谐振器40c、40d之间的补偿耦合，其左端直接连附于谐振器40c，其右端被插入谐振器40d的端部的缝40d中。
图4c表示作为可调HTS带通滤波器的部件的两个相邻的螺旋谐振器40e和40f。HTS传输线41b和谐振器40e相连，传输线41b的一端被插入谐振器40e一端的缝43e中作为输入耦合电路。一个窄的HTS传输线45提供谐振器40e、40f之间的补偿耦合，其左端45a平行于谐振器40e，其右端被插入谐振器40f端部的缝40f中。
图4d表示作为可调HTS带通滤波器的部件的两个相邻的螺旋谐振器40g和40h。HTS传输线41c和谐振器40g相连，传输线41c的一端被插入谐振器40g一端的缝43g中作为输入耦合电路。一个窄的HTS传输线46提供谐振器40c、40d之间的补偿耦合，其左端46a平行于谐振器40g，其右端46b平行于谐振器40h。i图4e表示作为可调HTS带通滤波器的部件的两个相邻的螺旋谐振器40i和40j。HTS传输线41d和谐振器40i相连，传输线41d的一端直接连附于谐振器40i作为输入耦合电路。由两个窄的HTS传输线47和48提供谐振器间的耦合，HTS传输线47的左端被插入谐振器40i一端的缝43i中，HTS传输线48的右端被插入谐振器40j的一端的缝43j中。传输线47的右端和HTS传输线48的左端彼此平行。
图4f表示作为可调HTS带通滤波器的部件的两个相邻的螺旋谐振器40k和40l。HTS传输线41e和谐振器40k相连，传输线41e的一端被插入谐振器40k端部的缝43k中作为输入耦合电路。谐振器间耦合电路包括两个窄的HTS传输线49和50。HTS传输线49的左端和谐振器40k直接相连。HTS传输线50的右端被插入谐振器40l一端的缝43l中。传输线49的右端和HTS传输线50的左端彼此平行。
按照本发明的可调HTS滤波器的谐振器间耦合电路不限于图4所示的这些特定形式。事实上，任何窄的传输线都可以使用，这些传输线的两端和相邻的谐振器呈容性耦合或直接相连。
图5表示分别在图1和图2中的板2和22的前表面上的HTS膜的图形的一些例子。图5a表示盖住整个前表面的空白HTS膜60。图5b表示只盖住衬底中心部分因而留下左部62和右部62a未被覆盖的空白HTS膜61，其对应HTS滤波器电路上的输入输出电路。图5c表示对应于HTS滤波器电路中的4个谐振器的4个矩形区域。所述4个矩形区域被膜64a覆盖，而留下表面63的其余部分不被覆盖。
图6表示按照本发明的可调HTS带通滤波器的另一个实施例，其具有用于移动所述板的不同结构的致动器。如图6a所示，71是HTS滤波器电路，72是所述的板。如图6b所示，71a是HTS滤波器电路71的衬底。在衬底71a的前表面上设置有HTS电路图形71b。在衬底71a的后表面上淀积有空白的HTS膜71c，用作滤波器的接地平面。在空白的HTS膜71c的表面上淀积有导电膜71d(最好是金属例如金或银)。
如图6c所示，HTS电路图形71c包括4个HTS螺旋谐振器77a、77b、77c和77d，输入传输线80a，输出传输线80b，和谐振器间的耦合传输线78、78a、78b，从而构成四极带通滤波器。HTS滤波器电路71被连附于外壳5的底部(第一内表面)。输入连接器73a，输出连接器73b，和调整连接器81被插入外壳75的侧壁中。输入连接器73a、输出连接器73b分别和输入输出传输线80a，80b相连。
如图6b所示，板72包括衬底72a，在衬底72a的前表面和后表面上，淀积有HTS膜72b。由压电材料制成的4个致动器74a，74b，74c和74d的一侧和板72相连，而相对侧和外壳75的底部(第一内表面)相连。致动器74a、74b、74c和74d用于使板72相对于HTS滤波器电路71运动，以便调整HTS滤波器电路71的中心频率。使用导线82对4个致动器74a、74b、74c和74d提供调整电压，导线82的一端和调整连接器81相连，而另一端通过在HTS空白膜72b(未示出)的边沿的导电膜和4个致动器74a、74b、74c和74d相连。
虽然结合本发明的特定实施例对本发明进行了说明，但是显然，本领域技术人员可以作出许多改变和改型，这些改变和改型都应当包括在所附的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种可调HTS滤波器，包括(a)外壳，其具有第一内表面、和所述第一内表面相对且隔开的第二内表面以及至少一个其它内表面，所述其它内表面和所述第一、第二内表面相连，从而构成所述的外壳，其中所述外壳的至少所述内表面由导电材料制成，并且其中所述外壳配备有输入连接器和输出连接器；(b)在所述外壳内的HTS滤波器电路，所述HTS滤波器电路包括衬底，所述衬底具有和所述第二内表面相对且隔开的前表面和与所述第一内表面呈接地接触的后表面，在所述前表面上的HTS滤波器元件，所述HTS滤波器元件包括一个或几个HTS谐振器，用于使所述HTS滤波器元件和所述输入连接器相连的输入传输线，以及用于使所述HTS滤波器以及和所述输出连接器相连的输出传输线；(c)在所述外壳内的板，所述板具有和所述HTS滤波器电路相对且隔开一定距离的前表面以及和所述第二内表面相对的后表面，其中所述前表面的至少和所述HTS滤波器元件的一个或几个谐振器相对的部分被HTS膜覆盖；(d)致动器，其和所述板以及所述第一内表面、所述第二内表面以及所述HTS滤波器电路中的一个或几个相连，并且所述致动器限定所述板的前表面和所述HTS滤波器元件的所述前表面隔开的所述距离，只要所述板和所述HTS滤波器电路之间的所述致动器连接是不导电的；以及(e)和所述致动器相连的调整控制器，用于调整所述板的前表面和所述HTS滤波器电路的HTS滤波器元件之间的所述距离。
2.如权利要求1所述的可调HTS滤波器，其特征在于，所述外壳是真空杜瓦瓶装置，它具有和其相连的低温源。
3.如权利要求1所述的可调HTS滤波器，其特征在于，HTS滤波器电路包括(1)所述衬底；(2)和所述衬底的所述前侧面紧密接触的至少两个HTS谐振器；(3)输入传输线，所述传输线具有和所述至少两个HTS谐振器的第一个相连的第一端，以及和所述输入连接器相连的第二端；(4)输出传输线，所述输出传输线具有和所述至少两个HTS谐振器的第二个相连的第一端，以及和所述输出连接器相连的第二端；(5)谐振器间的耦合电路；(6)被设置在所述衬底的所述后侧面上的空白HTS膜；以及(7)被设置在所述空白HTS膜上的作为到所述外壳的接地连接的膜。
4.如权利要求3所述的可调HTS滤波器，其特征在于所述至少两个HTS谐振器包括以螺旋方式取向的HTS线，(i)使得相邻的线彼此由一个小于线宽的间隙距离隔开；以及(ii)以便在螺旋内形成中心开口，所述开口的尺寸近似等于间隙距离。
5.如权利要求3所述的可调HTS滤波器，其特征在于，所述谐振器间耦合电路包括至少部分地设置在所述至少两个HTS谐振器中相邻的一对之间的HTS传输线，使得所述传输线连接所述相邻的一对HTS谐振器。
6.如权利要求5所述的可调HTS滤波器，其特征在于，所述HTS传输线通过以下方式连接所述至少两个HTS谐振器的所述相邻的一对谐振器使所述HTS传输线和所述谐振器直接相连；把所述HTS传输线插入所述谐振器末端的两个分开的分支线路之间的缝中；把所述HTS传输线置于靠近且平行于谐振器的边沿处；或者上述处方式的任意组合。
7.如权利要求1所述的可调HTS滤波器，其特征在于，所述致动器是一种压电材料致动器。
8.如权利要求7所述的可调HTS滤波器，其特征在于，所述压电材料在80K以下的温度下工作，并具有高于5×10-5/V/cm的灵敏度。
9.如权利要求1所述的可调HTS滤波器，其特征在于，所述HTS材料从下述材料的一种或几种中选择YBa2Cu3O7、Tl2Ba2CaCu2O8、TlBa2Ca2Cu3O9、(TlPb)Sr2CaCu2O7以及(TlPb)Sr2Ca2Cu3O9。
10.如权利要求1所述的可调HTS滤波器，其特征在于，衬底材料从下述材料中的一种或几种中选择LaAlO3、MgO、LiNbO3、蓝宝石和石英。
11.如权利要求1-10任何一项所述的可调HTS滤波器，所述滤波器是HTS带通滤波器。
12.如权利要求1-10任何一项所述的可调HTS滤波器，所述滤波器是HTS带阻滤波器。
13.一种HTS滤波器电路包括(1)具有前侧面和后侧面的衬底；(2)和所述衬底的所述前侧面紧密接触的至少两个HTS谐振器；(3)包括一个传输线的输入耦合电路，所述传输线具有和所述至少两个自谐振的螺旋谐振器的第一个相连的第一端，以及用于和一个输入连接器相连的第二端；(4)包括一个传输线的输出耦合电路，所述传输线具有和所述至少两个自谐振的螺旋谐振器的第二个相连的第一端，以及用于和一个输出连接器相连的第二端；(5)谐振器间耦合电路；(6)被设置在所述衬底的所述衬底的后侧面上的空白HTS膜；以及(7)被设置在所述空白HTS膜上的作为到所述外壳的接地连接的膜，其特征在于，所述谐振器间耦合电路包括至少部分地被设置在所述至少两个HTS谐振器中相邻的一对之间的HTS传输线，所述传输线连接所述相邻的一对HTS谐振器。
14.如权利要求13所述的HTS滤波器电路，其特征在于，所述至少两个HTS谐振器包括以螺旋方式取向的HTS线，(i)使得相邻的线彼此由一个小于线宽的间隙距离隔开；以及(ii)以便在螺旋内形成中心开口，所述开口的尺寸近似等于间隙距离。
15.如权利要求13所述的HTS滤波器电路，其特征在于，所述HTS材料从下述材料的一种或几种中选择YBa2Cu3O7、Tl2Ba2CaCu2O8、TlBa2Ca2Cu3O9、(TlPb)Sr2CaCu2O7以及(TlPb)Sr2Ca2Cu3O9。
16.如权利要求13所述的HTS滤波器电路，其特征在于，所述衬底材料从下述材料中的一种或几种中选择LaAlO3、MgO、LiNbO3、蓝宝石和石英。
17.如权利要求13-16任何一项所述的HTS滤波器电路，其特征在于，所述HTS传输线通过以下方式连接所述至少两个HTS谐振器的所述相邻的一对谐振器使所述HTS传输线和所述谐振器直接相连；把所述HTS传输线插入所述谐振器末端的两个分开的分支线路之间的缝中；把所述HTS传输线置于靠近且平行于谐振器的边沿处；或者上述处方式的任意组合。
全文摘要
本发明披露了一种可调高温超导带通和带阻滤波器，其具有宽的调频范围，而不会导致性能变劣，并且披露了在所述滤波器中使用的高温超导滤波器电路。
文档编号H01P7/08GK1433582SQ00818765
公开日2003年7月30日 申请日期2000年12月1日 优先权日1999年12月1日
发明者Z·－Y·沈 申请人:纳幕尔杜邦公司