高Q值低损耗超高频高温超导滤波器的制作方法

本发明涉及超导滤波器
技术领域：
，更具体地说，特别涉及一种高Q值低损耗超高频高温超导滤波器。
背景技术：
：高温超导薄膜具有极低的微波表面电阻，因此利用高温超导材料制作的微带线滤波器具有插入损耗低，带边陡峭度高、带外抑制好等特点，已经广泛应用在天文观测、移动通讯、卫星通信、目标监测等领域。但是，随着科学技术的发展，利用微波通信的电子元件不断增加，频谱资源日益紧张，工作频率不断向更高频段扩展，超高频段的超导滤波器研究受到关注。目前，高温超导滤波器的研究和应用主要集中于3GHz以下的频段，针对更高频率的高温超导滤波器研究应用较少。随着微波系统在各个应用领域的迅猛发展，频谱资源日益紧张，工作频段不断的往更高频率扩展，对滤波器的性能要求也越来越苛刻。因此，在更高的频段研制具有极低带内损耗、高带边陡峭度和高带外抑制的滤波器成为迫切需求。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高Q值低损耗超高频高温超导滤波器，导体电路结构简单，充分利用高温超导材料的低损耗特点，是一种具有低插损的超导滤波器。一种高Q值低损耗超高频高温超导滤波器，其特征在于：该超导滤波器为十字型，中部宽于两端，超导滤波器的基底为MgO基片，所述基片厚度为0.5mm；该超导滤波器封装于金属屏蔽盒内微波滤波器的插入损耗取决于很多不同的因素，可以用如下公式表示：（1），其中，表示中心频率处的插损，是滤波器的相对带宽，为谐振器的无载Q值，是指谐振器节数，为低通原型电路的元件值。根据广泛采用的滤波器基本设计理论，相对带宽和节数由滤波器的基本参数要求所决定，当滤两者确定时，滤波器插损与谐振器的无载Q值成反比。因此，无载Q值是影响滤波器插损的关键。要充分利用高温超导材料的低损耗特点，设计具有低插损的超导滤波器，必须首先设计出具有高无载Q值的谐振器结构。而微带线谐振器的损耗主要来源于导体损耗、介质损耗以及电磁波辐射损耗，对应的品质因素分别用、和表示，谐振器无载Q值可表示为：（2），在超高频超导滤波器的设计中，由于微波表面电阻的快速上升和辐射损耗的加剧，给谐振器结构的设计带来了很大限制。由式（2）可知，微带线谐振器的无载Q值由、和共同决定。通过理论公式分析结合软件仿真的方法，研究了影响导体损耗、介质损耗以及辐射损耗的参数。其中，辐射损耗对应的主要取决于滤波器所在的金属封装盒。只要金属盒封闭，就能得到足够高的。而介质损耗对应的与基片厚度之间的关系如图1所示，呈线性关系，基片越厚，越高。故本发明选取较厚的0.5mm的MgO基片作为超导滤波器的基底。对于超高频段的谐振器，导体电路结构简单，而且需要很大的线宽来尽量减小导体损耗，所以在优化线宽的基础上难以通过谐振器线条的螺旋等布局来优化。主要通过谐振器结构的精细化设计，尽量减小导体表面电流密度。谐振器结构如图2所示，以一个微带线宽0.6mm的矩形谐振器变化而来，五种谐振器的基频谐振均保持在16GHz附近。采用相同的损耗参数设置，仿真得到的无载Q值如表1所示。表1谐振器结构无载Q值（a）5890（b）6480（c）4660（d）4260（e）3830对于超高频段的半波长谐振器，结构的细微变化都会影响无载Q值。图2（b）谐振器相对于图2（a）的无载Q值有所增大，主要是由于半波长谐振器的中部电流密度大，两端电流密度小，谐振器中部的宽度对无载Q值影响显著。其它谐振器的无载Q值均减小，主要是由于存在弯折等结构，导致电流密度增大。结合以上分析，为了保证较高的无载Q值,超导滤波器可设计为宽线条十字型，中部宽于两端。与现有技术相比，本发明设计为宽线条十字型，中部宽于两端，采用较厚的基片，封装于金属屏蔽盒内，降低了超高频滤波器的损耗、提高了谐振器Q值。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是谐振器Qd与基片厚度的关系曲线。图2是谐振器五种结构示意图。图3是本发明所述滤波器电路示意图。图4是本发明所述仿真响应曲线。图5是本发明所述封装好的超导滤波器俯视图。具体实施方式下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。实施例本发明提供一个高Q值、低损耗的超高频超导滤波器。滤波器设计指标为：中心频率16GHz，等波纹带宽1GHz（相对带宽6.25%），采用7节切比雪夫原型设计，耦合系数和外部Q值计算得到：（3）滤波器最终的电路图如图3所示。基片尺寸为30mm×4.0mm，厚度为0.5mm，结构非常紧凑。双面镀有YBCO超导薄膜的MgO基片上，通过光刻和Ar离子刻蚀的方法制备滤波器电路。然后将制作完成的滤波器封装在金属质屏蔽盒内，输入\输出馈线用银胶进行连接。封装好的7节Ku波段超导滤波器俯视图如图5所示。经过Sonnet仿真软件仿真的频率响应曲线如图4所示。从仿真结果来看，滤波器的回波损耗低于-20dB，通带内非常平坦。并且通带左侧还有一个传输零点，这是由于谐振器之间的非相邻耦合引起的，显著提高了滤波器的带边陡峭度。测试表明，在超高频高温条件下，本发明仍具有高Q值、低损耗的优点。虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3