W波段高温超导平面滤波器及其带宽、外部q值调节方法
【专利摘要】本发明公开了W波段高温超导平面滤波器及其带宽、外部Q值调节方法，其中所述滤波器包括基片、形成于基片上的高温超导薄膜和由高温超导薄膜形成的电路图案，所述电路图案包括通带处于W波段的滤波器主体和形成于滤波器主体周围的电路地，其中电路地和滤波器主体结构通过激光刻蚀而形成沟槽，使滤波器主体和电路地组成共面波导结构。本发明所述的滤波器，有效避免了在高介电常数高温超导介质基板上设计的毫米波频段的高次模的产生，谐振器采用1/4波导波长条状谐振器，能在W波段实现较好的耦合量与谐振特性。本发明的结构不仅在抑制高次模上有优越的性能，还节省了高温超导薄膜材料，同时也弱化了高温超导滤波器的加工工序，降低了加工成本。
【专利说明】
W波段高温超导平面滤波器及其带宽、外部Q值调节方法
技术领域
[0001]本发明属于微波毫米波无源器件技术领域，尤其涉及到一种W波段高温超导平面滤波器及其带宽、外部Q值调节方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着无线通信技术的快速发展，射频微波频段的频谱资源越来越稀缺，这使得研发者将目光聚集在了更高频段一一毫米波波段。由于市场需求的推动作用，毫米波技术得到了极高关注与迅速发展，尤其是在雷达、导航制导及短程高速通信方面，毫米波的优势尤其突出。与射频微波系统相比，毫米波波长更短，频谱资源更加丰富，能够提供更好的精度和分辨率，且毫米波系统积更小、重量更轻;与红外或可见光相比，毫米波则具有更强的穿透云、雨的能力，受天气影响更小。胃波段的频率为80GHZ-100GHZ，是气吸收衰减相对较小的窗口波段，是毫米波波段中重要的一段频谱，是近年来的研究热点。
[0003]W波段滤波器是毫米波电路系统中重要的一个部件，尤其是其作为无线系统中的前端电路部件时，其性能好坏直接决定着整个系统工作性能的优劣。常用的W波段滤波器主要采用波导滤波器进行设计，然而，波导滤波器存在着加工困难，难以与平面电路进行集成的缺点，而平面化和小型化是微波毫米波电路系统发展的必然趋势，而对于普通的微波平面电路，例如微带线和带状线，因为受到其本身固有Q值的限制，导致其插入损耗较大，带内频率响应特性不好，难以实现如此高频段的高性能的滤波器的设计，因此，研究人员转而开始研究高Q值的基片集成波导结构的滤波器，该类滤波器虽然可以实现小型化、平面化，便于集成，但是由于受到加工精度和电路结构本身最大Q值的制约，基片集成波导滤波器依然无法实现W波段窄带滤波器的设计。
[0004]利用高温超导材料设计W波段平面滤波器是实现高性能、低剖面、小型化、高集成度的W波段滤波器的一个极具前景的研究方向，但是由于生长高温超导薄膜的常见基片相对介电常数较大(如:氧化镁基片的介电常数约为9.8，铝酸镧基片的相对介电常数约为24)，这会使得常见的平面结构的高温超导传输网络在毫米波频段极易出现高次模而不能设计出满足性能需求的毫米波高温超导平面滤波器，因此常见的高温超导滤波器的设计也多集中在Ka波段以下，故而设计W波段的高温超导平面滤波器既具有广阔前景亦具有极大挑战。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有的W波段滤波器体积大、插入损耗大、矩形系数差的缺点，提供一种W波段高温超导平面滤波器及其带宽、外部Q值调节方法。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:一种W波段高温超导平面滤波器，包括基片、形成于基片上的高温超导薄膜和由高温超导薄膜形成的电路图案，其特征在于:所述电路图案包括通带处于W波段的滤波器主体和形成于滤波器主体周围的电路地，其中电路地和滤波器主体结构通过激光刻蚀而形成沟槽，使滤波器主体和电路地组成共面波导结构。
[0007]优选的，所述沟槽的宽度为均匀的。
[0008]进一步优选的，所述沟槽的整体或局部宽度不大于滤波器主体电路的线宽的3倍。
[0009]优选的，所述滤波器主体包括输入输出馈线和多个谐振单元，其中输入输出馈线和谐振单元通过间接耦合的方式进行连接。
[0010]优选的，所述滤波器主体包括输入输出馈线和多个谐振单元，其中输入输出馈线和谐振单元通过直接耦合的方式进行连接。
[0011]优选的，所述滤波器主体中所使用的谐振单元的长度为中心频率的1/4波长，其谐振单元为直线型或弯折型。
[0012]优选的，所述基片为介电常数为9.8的氧化镁基片。
[0013]优选的，调节滤波器谐振单元间的间距以调节滤波器的工作带宽。
[0014]优选的，调节滤波器主体与电路地之间的间距以改变滤波器外部耦合，进而实现对外部Q值的调节。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0016]I).本发明采用共面波导馈电结构来实现W波段高温超导滤波器馈电，有效避免了在高介电常数高温超导介质基板上设计的毫米波频段的高次模的产生，进而设计出了适用于W波段的高温超导平面滤波器。
[0017]2).本发明的谐振器采用半波导波长条状谐振器，能在W波段实现较好的耦合量与谐振特性。
[0018]3).本发明采用单面高温超导薄膜即可在W波段实现较好的滤波特性。相对传统双面高温超导滤波器，本发明的结构不仅在抑制高次模上有优越的性能，还节省了高温超导薄膜材料，同时也弱化了高温超导滤波器的加工工序，降低了加工成本。
[0019]4).本发明设计的高温超导平面滤波器不仅适用于W波段滤波器设计，由于其优越的抑制高次模的能力，该结构也适用于低于该频段的其他微波毫米波频段的滤波器设计，如Ku/K/Ka/U/V波段的高温超导平面滤波器也可采用该结构来实现。
【附图说明】
[0020]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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021 ]图1为本发明优选实施例的W波段高温超导平面滤波器的结构示意图；
[0022]图2为本发明优选实施例的W波段高温超导平面滤波器的频率响应曲线。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]如图1所示为本发明优选实施例的W波段高温超导平面滤波器的结构示意图，一种W波段高温超导平面滤波器，包括基片1、形成于基片I上的高温超导薄膜和由高温超导薄膜形成的电路图案，所述电路图案包括通带处于W波段的滤波器主体和形成于滤波器主体周围的电路地2，其中电路地和滤波器主体结构通过激光刻蚀而形成沟槽，使滤波器主体和电路地组成共面波导结构，进一步的，所述沟槽的宽度为均匀的。
[0025]优选的，所述沟槽的整体或局部宽度不大于滤波器主体电路的线宽的3倍。
[0026]优选的，所述滤波器主体包括输入输出馈线4和多个谐振单元3，其中输入输出馈线4和谐振单元3通过间接耦合或直接耦合的方式进行连接。
[0027]作为一个优选的具体实施例，述滤波器主体包括输入输出馈线4和5个谐振单元3，所述滤波器主体中所使用的谐振单元3的长度为中心频率的1/4波长，所述基片I为介电常数为9.8的氧化镁基片，表面超导薄膜采用YBCO膜;长高温超导薄膜的介质基板使用厚度为
0.22mm，如图2所示为本实施例滤波器的频率响应曲线，横坐标代表信号的频率，单位GHz，纵坐标为信号的响应幅度，单位为dB，本实施例的W波段高温超导滤波器工作在92.5GHz-95.5GHz，中心工作频率为94GHz，通带带宽为3GHz，带内回波损耗SI I小于-27dB，带内插入损耗S21小于2.9dB，由此可知，相对于常规的W波段滤波器而言，本实施例设计的滤波器具有低插入损耗的特点，同时有效避免了在高介电常数高温超导介质基板上设计的毫米波频段的高次模的产生。
[0028]优选的，调节滤波器谐振单元间的间距以调节滤波器的工作带宽。
[0029]进一步优选的，通过调节上述滤波器主体与电路地之间的间距以改变滤波器外部耦合，进而实现对外部Q值的调节。
[0030]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。
【主权项】
1.W波段高温超导平面滤波器，包括基片、形成于基片上的高温超导薄膜和由高温超导薄膜形成的电路图案，其特征在于:所述电路图案包括通带处于W波段的滤波器主体和形成于滤波器主体周围的电路地，其中电路地和滤波器主体结构通过激光刻蚀而形成沟槽，使滤波器主体和电路地组成共面波导结构。2.如权利要求1所述的W波段高温超导平面滤波器，其特征在于:所述沟槽的宽度为均匀的。3.如权利要求1所述的W波段高温超导平面滤波器，其特征在于:所述沟槽的整体或局部宽度不大于滤波器主体电路的线宽的3倍。4.如权利要求1至3之任一项权利要求所述的W波段高温超导平面滤波器，其特征在于，所述滤波器主体包括输入输出馈线和多个谐振单元，其中输入输出馈线和谐振单元通过间接耦合的方式进行连接。5.如权利要求4所述的W波段高温超导平面滤波器，其特征在于:所述滤波器主体包括输入输出馈线和多个谐振单元，其中输入输出馈线和谐振单元通过直接耦合的方式进行连接。6.如权利要求5所述的W波段高温超导平面滤波器，其特征在于:所述滤波器主体中所使用的谐振单元的长度为中心频率的1/4波长，其谐振单元为直线型或弯折型。7.如权利要求6所述的W波段高温超导平面滤波器，其特征在于:所述基片为介电常数为9.8的氧化镁基片。8.W波段高温超导平面滤波器带宽调节方法，其特征在于:调节滤波器谐振单元间的间距以调节滤波器的工作带宽。9.W波段高温超导平面滤波器外部Q值调节方法，其特征在于:调节滤波器主体与电路地之间的间距以改变滤波器外部耦合，进而实现对外部Q值的调节。
【文档编号】H01P1/20GK105932375SQ201610318639
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】羊恺, 罗显虎, 华克钊, 储慧敏, 李怀明, 刘波, 杨超伟, 李镇, 任向阳
【申请人】电子科技大学