一種超導(dǎo)諧振器及構(gòu)成的超導(dǎo)濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明將藍寶石和高溫超導(dǎo)材料結(jié)合應(yīng)用于諧振器或濾波器設(shè)計，設(shè)計出一種高性能、小體積的超導(dǎo)諧振器及由所述諧振器構(gòu)成的超導(dǎo)濾波器。其中，諧振器包括波導(dǎo)諧振腔和位于波導(dǎo)諧振腔磁場中心的柱形介質(zhì)，所述柱形介質(zhì)的一端與波導(dǎo)諧振腔的一底面連接形成短路端，另一端開路，波導(dǎo)諧振器連接柱形介質(zhì)的底面為短路面，所述短路面包含超導(dǎo)膜，柱形介質(zhì)材質(zhì)為藍寶石。有益效果在于，濾波器具有極低插入損耗(小于0.1dB)，趨近于1的矩形系數(shù)和小的體積。減小了濾波器的插入損耗，進而可以設(shè)計出更多級的濾波器，提高濾波器的帶外抑制，最終使毫米波濾波器的性能大大提高。
【專利說明】一種超導(dǎo)諧振器及構(gòu)成的超導(dǎo)濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于毫米波波導(dǎo)濾波【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及毫米波波導(dǎo)諧振器及基于所述諧振器的濾波器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代移動通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，頻譜資源越來越緊缺，使得對無線通信系統(tǒng)的前端接收設(shè)備的要求越來越高。為了減少通信系統(tǒng)間的干擾，要求接收前端的濾波器有更高的矩形系數(shù)(即帶邊更為陡峭)和更低的插入損耗。目前，隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)和低溫真空制冷技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)被越來越廣泛的用到了濾波器的設(shè)計與制作。藍寶石也因其高的品質(zhì)因數(shù)(可達到5000)，被廣泛應(yīng)用到相位噪聲振蕩器。然而，在諧振器或濾波器設(shè)計方面，未見藍寶石的應(yīng)用。。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明將藍寶石和高溫超導(dǎo)材料結(jié)合應(yīng)用于諧振器或濾波器設(shè)計，目的是設(shè)計出一種高性能、小體積的超導(dǎo)諧振器及基于所述諧振器設(shè)計一種具有同樣優(yōu)勢的超導(dǎo)濾波器。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種超導(dǎo)諧振器，包括波導(dǎo)諧振腔和位于波導(dǎo)諧振腔磁場中心的柱形介質(zhì)，其特征在于，所述柱形介質(zhì)的一端與波導(dǎo)諧振腔的一底面連接形成短路端，另一端開路，波導(dǎo)諧振器連接柱形介質(zhì)的底面為短路面，所述短路面包含超導(dǎo)膜。
[0005]進一步的，上述柱形介質(zhì)材質(zhì)為藍寶石。
[0006]進一步的，上述波導(dǎo)諧振腔為矩形波導(dǎo)腔或圓波導(dǎo)腔之一。
[0007]進一步的，上述短路面上包含的超導(dǎo)膜為鍍于波導(dǎo)諧振腔內(nèi)表面的超導(dǎo)厚膜。
[0008]超導(dǎo)濾波器，其特征在于，包括至少2個耦合連接的超導(dǎo)諧振器，所述超導(dǎo)諧振器包括波導(dǎo)諧振腔和位于波導(dǎo)諧振腔磁場中心的柱形介質(zhì)，所述柱形介質(zhì)的一端與波導(dǎo)諧振腔的一底面連接形成短路端，另一端開路，波導(dǎo)諧振器連接柱形介質(zhì)的底面為短路面，所述短路面包含超導(dǎo)膜。
[0009]進一步的，上述柱形介質(zhì)材質(zhì)為藍寶石。
[0010]進一步的，上述波導(dǎo)諧振腔為矩形波導(dǎo)腔。
[0011]進一步的，上述超導(dǎo)諧振器之間的耦合為直接耦合、探針磁耦合、探針電耦合或探針交叉稱合之一。
[0012]進一步的，超導(dǎo)濾波器的輸入端和輸出端為探針磁耦合、探針電耦合或探針交叉率禹合之一。
[0013]進一步的，上述用于耦合的探針為金屬棒或金屬片，所述金屬棒或金屬片穿過相鄰諧振器的公共壁，兩端分別插入諧振器的電場或磁場中，并根據(jù)電場或磁場強度空間分布方式彎曲以使金屬棒或金屬片的端部位于同一電場或磁場強度曲面上。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明超導(dǎo)諧振器充分利用藍寶石和超導(dǎo)兩種材料的優(yōu)勢，利用HFSS進行模型的搭建和場結(jié)構(gòu)的分析，設(shè)計出的濾波器具有極低插入損耗(小于0.ldB)，趨近于1的矩形系數(shù)和小的體積。由于介質(zhì)/藍寶石的引入會在一定程度上影響諧振腔內(nèi)的電磁場強分布，使其以介質(zhì)/藍寶石為中心靠攏，為了避免諧振腔內(nèi)場強分布改變導(dǎo)致的傳統(tǒng)直接耦合效率的低下，本發(fā)明根據(jù)場強分布情況設(shè)計耦合用探針，形成耦合器間的磁耦合、電耦合或交叉耦合，有效保證了耦合器間耦合的效率。引入超導(dǎo)，特別是在介質(zhì)短路端引入超導(dǎo)膜，避免了短路端形成的強電流導(dǎo)致的能量損耗。減小了濾波器的插入損耗，進而可以設(shè)計出更多級的濾波器，提高濾波器的帶外抑制，最終使毫米波濾波器的性能大大提聞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的超導(dǎo)諧振器的一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為基于圖1所示的諧振器設(shè)計的本發(fā)明的超導(dǎo)濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的實施例是根據(jù)本發(fā)明的原理而設(shè)計，下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明的原理作進一步的闡述。
[0018]如圖1及圖2所示，在本實施例中，超導(dǎo)諧振器包括矩形波導(dǎo)諧振腔1和位于矩形波導(dǎo)諧振腔磁場中心的柱形介質(zhì)2，柱形介質(zhì)2的一端與波導(dǎo)諧振腔的一底面連接形成短路端，另一端開路，波導(dǎo)諧振器連接柱形介質(zhì)的底面為短路面，所述短路面包含超導(dǎo)膜3。柱形介質(zhì)采用一端短路一端開路的形式一方面可以使設(shè)計出的諧振器方便安裝固定；另一方面，相對于兩端開路的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該方案能有效縮小諧振器的體積，有利于器件的小型化?？紤]到藍寶石在介電常數(shù)的優(yōu)勢，在本實施例中，柱形介質(zhì)材質(zhì)優(yōu)選為藍寶石。
[0019]上述矩形波導(dǎo)諧振腔僅為方便說明本發(fā)明的原理而具體例舉的一種表現(xiàn)形式，根據(jù)本發(fā)明的思想，上述矩形波導(dǎo)諧振腔還可以換做圓波導(dǎo)腔等其他形式的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。作為一種優(yōu)選方式，上述短路面上包含的超導(dǎo)膜為鍍于波導(dǎo)諧振腔內(nèi)表面的超導(dǎo)厚膜。
[0020]如圖2所示，本實施例的超導(dǎo)濾波器包括至少2個耦合連接的超導(dǎo)諧振器，在本實施例中具體為4個諧振器，其中諧振器的結(jié)構(gòu)與圖1所示的超導(dǎo)諧振器相同。同理，在本實施例中，柱形介質(zhì)材質(zhì)優(yōu)選為藍寶石。由于直接耦合屬于本領(lǐng)域常用的諧振器間的耦合形式，本實施例同樣可以采用這種形式。但是，由于藍寶石或其他介質(zhì)的引入會使諧振腔內(nèi)的電磁場分布向介質(zhì)靠攏，導(dǎo)致腔內(nèi)其他地方的電磁場場強較弱，繼續(xù)采用直接耦合方式可能影響到耦合器間的能量傳遞效率。所以，本實施例中放棄了直接耦合方式，轉(zhuǎn)而采用探針磁耦合、探針電耦合或探針交叉耦合等耦合方式。上述問題對于濾波器的輸入端及輸出端耦合同樣適用。具體的，為了進一步提高耦合效率，用于耦合的探針在本實施例中具體選用為金屬棒或金屬片，圖2中所示為金屬棒4，所述金屬棒4或金屬片穿過相鄰諧振器的公共壁，兩端分別插入諧振器的電場或磁場中，并根據(jù)電場或磁場強度空間分布方式彎曲以使金屬棒或金屬片的端部位于同一電場或磁場強度曲面上。
[0021]根據(jù)本領(lǐng)域的公知常識不難理解:改變矩形波導(dǎo)的尺寸可改變所述濾波器的中心頻率。調(diào)整諧振腔的個數(shù)和諧振腔間的耦合系數(shù)以獲得不同的設(shè)計指標(biāo)，所述設(shè)計指標(biāo)是指濾波器的工作帶寬、紋波系數(shù)、插入損耗以及帶外抑制等參數(shù)。其中諧振腔的個數(shù)和諧振腔間的耦合系數(shù)通過改變超導(dǎo)膜片的尺寸、數(shù)量以及矩形波導(dǎo)的尺寸可以得到。由于根據(jù)濾波器的設(shè)計指標(biāo)計算矩形波導(dǎo)及超導(dǎo)膜片尺寸以及計算超導(dǎo)膜片在矩形波導(dǎo)中的位置屬于現(xiàn)有技術(shù)理論范疇，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員屬于公知常識，故在此不展開詳述。因而本方案涉及該方面的技術(shù)實現(xiàn)是清楚且完整的。
[0022]為了進一步降低器件的插入損耗，提高器件性能，本實施例在所述矩形波導(dǎo)的內(nèi)壁生長超導(dǎo)膜(超導(dǎo)厚膜)或者采用內(nèi)壁生長有超導(dǎo)膜的矩形波導(dǎo)。由于超導(dǎo)厚膜生長工藝并非本發(fā)明的創(chuàng)新點，同時屬于現(xiàn)有技術(shù)范疇，故在此不做詳述。
[0023]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)諧振器，包括波導(dǎo)諧振腔和位于波導(dǎo)諧振腔磁場中心的柱形介質(zhì)，其特征在于，所述柱形介質(zhì)的一端與波導(dǎo)諧振腔的一底面連接形成短路端，另一端開路，波導(dǎo)諧振器連接柱形介質(zhì)的底面為短路面，所述短路面包含超導(dǎo)膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)諧振器，其特征在于，柱形介質(zhì)材質(zhì)為藍寶石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)諧振器，其特征在于，波導(dǎo)諧振腔為矩形波導(dǎo)腔或圓波導(dǎo)腔之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之任一項權(quán)利要求所述的超導(dǎo)諧振器，其特征在于，短路面上包含的超導(dǎo)膜為鍍于波導(dǎo)諧振腔內(nèi)表面的超導(dǎo)厚膜。
5.超導(dǎo)濾波器，其特征在于，包括至少2個耦合連接的超導(dǎo)諧振器，所述超導(dǎo)諧振器包括波導(dǎo)諧振腔和位于波導(dǎo)諧振腔磁場中心的柱形介質(zhì)，所述柱形介質(zhì)的一端與波導(dǎo)諧振腔的一底面連接形成短路端，另一端開路，波導(dǎo)諧振器連接柱形介質(zhì)的底面為短路面，所述短路面包含超導(dǎo)膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)濾波器，其特征在于，柱形介質(zhì)材質(zhì)為藍寶石。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的超導(dǎo)濾波器，其特征在于，波導(dǎo)諧振腔為矩形波導(dǎo)腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)濾波器，其特征在于，超導(dǎo)諧振器之間的耦合為直接耦合、探針磁耦合、探針電耦合或探針交叉耦合之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)濾波器，其特征在于，超導(dǎo)濾波器的輸入端和輸出端為探針磁耦合、探針電耦合或探針交叉耦合之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9之任一項權(quán)利要求所述的超導(dǎo)濾波器，其特征在于，用于耦合的探針為金屬棒或金屬片，所述金屬棒或金屬片穿過相鄰諧振器的公共壁，兩端分別插入諧振器的電場或磁場中，并根據(jù)電場或磁場強度空間分布方式彎曲以使金屬棒或金屬片的端部位于同一電場或磁場強度曲面上。
【文檔編號】H01P7/06GK104300197SQ201410563981
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】羊愷, 舒紹敏, 周凌俐, 段東林, 周立國, 徐愛東 申請人:成都順為超導(dǎo)科技股份有限公司