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      基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器及濾波器的制作方法

      文檔序號:12675054閱讀:570來源:國知局
      基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器及濾波器的制作方法與工藝

      本實(shí)用新型屬于超導(dǎo)元器件設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域,涉及高溫超導(dǎo)諧振元器件基于所述元器件的濾波器,特別涉及一種基于可變形可彎折高溫超導(dǎo)材料的微波腔體諧振器及濾波器。



      背景技術(shù):

      高溫超導(dǎo)諧振器件因其良好的電路特性(如高Q值特性)被廣泛應(yīng)用于國防科技、航空航天以及衛(wèi)星通信等前沿領(lǐng)域,作為電路元件的基礎(chǔ)單元。

      隨著通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,各種通信標(biāo)準(zhǔn)同時存在使得頻率資源越來越緊張,對于無線通信系統(tǒng)的前端接收設(shè)備的要求也越來越高。具體表現(xiàn)是高效的頻譜利用率問題,即對具有高選擇性、小體積、低成本、設(shè)計靈活的射頻濾波器有著迫切需求。高溫超導(dǎo)技術(shù)目前發(fā)展已經(jīng)較為成熟,利用高溫超導(dǎo)材料設(shè)計的濾波器具有插損小,帶邊陡峭,矩形系數(shù)高的特點(diǎn),因此已在通信領(lǐng)域被廣泛使用。但是,目前普遍使用在微波波段的超導(dǎo)材料為基于單晶襯底的超導(dǎo)薄膜材料,此類材料具有幾乎不可變形、加工時容易破碎的不足,通常被用來制作平面型諧振器/濾波器。而作為微波諧振器領(lǐng)域另一常見的元器件-腔體諧振器/濾波器,卻難以通過此類基于單晶襯底的超導(dǎo)材料來實(shí)現(xiàn)。本申請人曾做過將基于單晶襯底的超導(dǎo)薄膜材料應(yīng)用到腔體諧振器/濾波器的嘗試,從電路性能參數(shù)來看,確實(shí)帶來了很大的突破,但是由于此類超導(dǎo)材料的易碎性,加工難度較大,制作的腔體濾波器由于易碎性的影響,可調(diào)整的參數(shù)也非常有限。。

      可變形高溫超導(dǎo)材料(如可彎折的鎳基二代高溫超導(dǎo)帶材)在近年來技術(shù)取得了快速發(fā)展,目前已能夠在電力傳輸中被商業(yè)化使用,并可提高電流傳輸容量5至10倍,能耗降低三分之二。此類材料的特點(diǎn)是可隨意彎折,可加工性強(qiáng)。相對于電力傳輸?shù)牡皖l領(lǐng)域,將二代超導(dǎo)帶材應(yīng)用到射頻、微波及更高頻率領(lǐng)域仍然未見嘗試或報道。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的超導(dǎo)腔體濾波器加工制造難度大,調(diào)諧參數(shù)有限等不足,提出了一種利用可彎折高溫超導(dǎo)材料制作的微波腔體諧振器及其構(gòu)成的濾波器。

      本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器,其特征在于,包括諧振器腔體,可變形高溫超導(dǎo)材料以完全覆蓋的方式貼附在所述諧振器腔體電路結(jié)構(gòu)表面并相互電連接以形成超導(dǎo)諧振腔。

      優(yōu)選方案,所述可變形高溫超導(dǎo)材料之間以導(dǎo)電膠粘接和/或焊接的形式實(shí)現(xiàn)電連接。

      優(yōu)選方案,所述可變形高溫超導(dǎo)材料為二代高溫超導(dǎo)帶材。

      優(yōu)選方案,所述諧振器腔體為導(dǎo)體,所述可變形高溫超導(dǎo)材料通過導(dǎo)電膠粘接在諧振器腔體相應(yīng)表面。

      優(yōu)選方案,諧振器腔體設(shè)置有調(diào)諧結(jié)構(gòu)部,用于向諧振器腔體內(nèi)部插入調(diào)諧結(jié)構(gòu)。

      優(yōu)選方案,所述調(diào)諧結(jié)構(gòu)部包括調(diào)諧桿和連接部,所述調(diào)諧桿可相對于諧振器腔體并指向腔體內(nèi)部做伸縮調(diào)節(jié),所述連接部用于連接調(diào)諧桿的一端部和調(diào)諧桿對應(yīng)位置的可變形高溫超導(dǎo)材料,用于將調(diào)諧桿執(zhí)行調(diào)節(jié)時產(chǎn)生的應(yīng)力傳遞至可變形高溫超導(dǎo)材料,并引起所述可變形高溫超導(dǎo)材料的相應(yīng)形變。

      優(yōu)選方案,諧振器腔體設(shè)置調(diào)諧結(jié)構(gòu)部的表面粘接可變形高溫超導(dǎo)材料時,導(dǎo)電膠涂覆于以調(diào)諧桿為中心的外邊緣,以使調(diào)諧桿周圍一定面域S內(nèi)無導(dǎo)電膠固定。

      優(yōu)選方案,所述面域S的面積不小于諧振器設(shè)置調(diào)諧桿的內(nèi)表面面積S1的1/2。

      優(yōu)選方案,面域S和內(nèi)表面面積S1滿足如下要求,0.5S1≤S≤0.9S1。

      優(yōu)選方案,所述調(diào)諧結(jié)構(gòu)部包括凹槽,用于實(shí)現(xiàn),所述調(diào)諧桿往腔體外部調(diào)節(jié)時,可通過連接部帶動可變形高溫超導(dǎo)材料向腔外凸起,以增加腔體內(nèi)部空間體積。

      優(yōu)選方案,腔體內(nèi)部空間體積通過調(diào)諧桿調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)的最大體積V1、最小體積V2和自由狀態(tài)體積V0之間的關(guān)系滿足:V2=n1V0,V1=n2V0;其中,0.2≤n1≤1,1≤n2≤5。

      優(yōu)選方案,0.2≤n1≤0.5,2≤n2≤5。

      基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體濾波器,其特征在于,所述濾波器由上述腔體諧振器中的一種或多種耦合形成。

      本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型將可變形高溫超導(dǎo)材料引入現(xiàn)有的腔體濾波器/諧振器設(shè)計中,實(shí)現(xiàn)了腔體超導(dǎo)濾波器設(shè)計。同時,利用可變形高溫超導(dǎo)帶材易于加工及不易破碎的特點(diǎn),設(shè)計了可以調(diào)整諧振腔內(nèi)部尺寸的調(diào)諧結(jié)構(gòu)和調(diào)諧方法,給腔體超導(dǎo)諧振器/濾波器提供了更豐富且更有效的調(diào)諧方式,降低了諧振器的設(shè)計難度,也降低了對諧振器加工的精度要求。設(shè)計電路時通過設(shè)置與目標(biāo)電路頻率的差值設(shè)計,同時解決了產(chǎn)品在調(diào)諧過后的使用穩(wěn)定性問題。

      附圖說明:

      圖1為本實(shí)用新型的基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器實(shí)施例:圓柱形腔體諧振器結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖2為圖1所示圓柱形腔體諧振器的剖視圖;

      圖3為本實(shí)用新型的基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器實(shí)施例:異形腔體諧振器結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖4為本實(shí)用新型的基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器實(shí)施例:同軸腔體諧振器結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖5為本實(shí)用新型的基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器實(shí)施例:帶調(diào)諧腔體諧振器結(jié)構(gòu)示意圖。

      具體實(shí)施方式

      本實(shí)用新型的實(shí)施例是依據(jù)本實(shí)用新型的原理而設(shè)計,下面結(jié)合附圖和以下具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的闡述。

      實(shí)施例1:如圖1及圖2所示,本實(shí)施例的可變形高溫超導(dǎo)材料微波腔體諧振器為常規(guī)腔體諧振器中的圓柱形腔體諧振器,包括諧振器腔體11,可變形高溫超導(dǎo)材料12以完全覆蓋的方式貼附在所述諧振器腔體電路結(jié)構(gòu)表面并相互電連接以形成超導(dǎo)諧振腔。

      實(shí)施例2:如圖3所示,本實(shí)施例的可變形高溫超導(dǎo)材料微波腔體諧振器為異形腔體結(jié)構(gòu)的諧振器,包括諧振器腔體21,可變形高溫超導(dǎo)材料22以完全覆蓋的方式貼附在所述諧振器腔體電路結(jié)構(gòu)表面并相互電連接以形成超導(dǎo)諧振腔。其中,在諧振器腔體22的主體上具有異形結(jié)構(gòu)部23。異形結(jié)構(gòu)部的設(shè)計方式已經(jīng)在傳統(tǒng)的腔體濾波器中得到驗證,一方面可以根據(jù)安裝環(huán)境等客觀因素確定合適的異形結(jié)構(gòu),增加實(shí)用性;另一方面,異形結(jié)構(gòu)也帶來了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的諧振方式和電路特性,具有重要價值。但是由于傳統(tǒng)超導(dǎo)工藝及材料的限制,異形結(jié)構(gòu)的諧振器難以在低成本的前提下引入超導(dǎo)電路。本實(shí)施例結(jié)合采用的可變形超導(dǎo)材料的獨(dú)特性能,將異形腔體諧振器與超導(dǎo)相結(jié)合,形成了異形腔體超導(dǎo)諧振器。

      實(shí)施例3:如圖4所示,本實(shí)施例的可變形高溫超導(dǎo)材料微波腔體諧振器為常規(guī)腔體諧振器中的圓柱形同軸腔體諧振器,包括諧振器腔體31,可變形高溫超導(dǎo)材料32以完全覆蓋的方式貼附在所述諧振器腔體電路結(jié)構(gòu)表面并相互電連接以形成超導(dǎo)諧振腔。

      在以上實(shí)施例中,由于高頻的微波具有趨膚效應(yīng),當(dāng)電路通路中具有超導(dǎo)通路時,幾乎所有的電流會通過超導(dǎo)通路流過。因此,諧振器腔體主要用于提供超導(dǎo)材料形成電路時的標(biāo)準(zhǔn)電路尺寸,主要起到力學(xué)支撐及保護(hù)作用,同時還兼具包括提供調(diào)諧結(jié)構(gòu)設(shè)計在內(nèi)的其他作用。所述可變形高溫超導(dǎo)材料之間優(yōu)選以導(dǎo)電膠粘接和/或焊接的形式實(shí)現(xiàn)電連接。所述可變形高溫超導(dǎo)材料為可彎折加工的高溫超導(dǎo)材料,比如二代高溫超導(dǎo)帶材。

      優(yōu)選實(shí)施例方案,所述諧振器腔體11(21或31)為導(dǎo)體,可變形高溫超導(dǎo)材料可通過導(dǎo)電膠粘接在諧振器腔體相應(yīng)表面。采用導(dǎo)體作為腔體材質(zhì),可以在一定程度上提高電路的性能,具體表現(xiàn)在可輔助解決相互分離的超導(dǎo)電路片之間的連續(xù)到點(diǎn)問題,提高其導(dǎo)電的可靠性。

      優(yōu)選實(shí)施例:如圖5所示,諧振器腔體設(shè)置有調(diào)諧結(jié)構(gòu)部,用于向諧振器腔體內(nèi)部插入調(diào)諧結(jié)構(gòu),比如調(diào)諧螺釘。在本實(shí)施例中,調(diào)諧結(jié)構(gòu)部具體包括設(shè)置在諧振器腔體41上的腔體內(nèi)部的圓弧凹槽42,設(shè)置在腔體圓弧凹槽42上的調(diào)諧螺釘44連接到超導(dǎo)片43上。圖中超導(dǎo)片431和超導(dǎo)片432分別是超導(dǎo)片43在調(diào)諧螺釘?shù)恼{(diào)諧驅(qū)動下的兩個調(diào)諧位置圖示。需要說明的是,作為優(yōu)選實(shí)施例,諧振器腔體可以包括傳統(tǒng)的調(diào)諧結(jié)構(gòu),但這里所述的調(diào)諧螺釘孔特指設(shè)置在諧振器腔體上的調(diào)諧螺釘孔,與該孔相對應(yīng)的超導(dǎo)電路表面并不存在對應(yīng)的開孔。其主要目的是,通過調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘?shù)牟迦肷疃?,可以調(diào)節(jié)該表面上超導(dǎo)片向腔體內(nèi)部凸起的程度,進(jìn)而可以改變電路腔體的內(nèi)部尺寸,實(shí)現(xiàn)高效調(diào)諧。同時可以設(shè)計較大的調(diào)整范圍,以實(shí)現(xiàn)諧振器頻率的大范圍調(diào)節(jié),大范圍調(diào)節(jié)一方面可以對加工誤差進(jìn)行修正,但其主要目的還在于對不同應(yīng)用場景的適應(yīng)(對頻帶的大范圍調(diào)整,比如調(diào)整多個倍頻層)。具體設(shè)計可以參考以下實(shí)施例,諧振器腔體設(shè)置調(diào)諧螺釘孔的表面粘接可變形高溫超導(dǎo)材料時,導(dǎo)電膠涂覆于以調(diào)諧螺釘孔位中心的外邊緣,以使調(diào)諧螺釘孔周圍一定面域S內(nèi)無導(dǎo)電膠固定??紤]到上述結(jié)構(gòu)特征和電路通常對調(diào)諧的需求,作為優(yōu)選,所述面域S的面積不小于諧振器設(shè)置調(diào)諧螺釘孔的內(nèi)表面面積S1的1/2。進(jìn)一步的,面域S和內(nèi)表面面積S1滿足如下要求,0.5S1≤S≤0.9S1。該范圍限定可以有效平衡超導(dǎo)片與腔體結(jié)合的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和調(diào)諧范圍之間的關(guān)系,使二者的參數(shù)達(dá)到最優(yōu)匹配。即再保證電路強(qiáng)度的前提下提供足夠的調(diào)諧范圍。

      優(yōu)選實(shí)施例方案,所述調(diào)諧結(jié)構(gòu)部包括調(diào)諧桿和連接部,所述調(diào)諧桿可相對于諧振器腔體并指向腔體內(nèi)部做伸縮調(diào)節(jié),所述連接部用于連接調(diào)諧桿的一端部和調(diào)諧桿對應(yīng)位置的可變形高溫超導(dǎo)材料,用于將調(diào)諧桿執(zhí)行調(diào)節(jié)時產(chǎn)生的應(yīng)力傳遞至可變形高溫超導(dǎo)材料,并引起所述可變形高溫超導(dǎo)材料的相應(yīng)形變。

      所述調(diào)諧結(jié)構(gòu)部包括凹槽,用于實(shí)現(xiàn),所述調(diào)諧桿往腔體外部調(diào)節(jié)時,可通過連接部帶動可變形高溫超導(dǎo)材料向腔外凸起,以增加腔體內(nèi)部空間體積。也就是說,所述凹槽為諧振器墻體體積調(diào)大提供了空間。

      優(yōu)選實(shí)施例方案,腔體內(nèi)部空間體積通過調(diào)諧桿調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)的最大體積V1、最小體積V2和自由狀態(tài)體積V0之間的關(guān)系滿足:V2=n1V0,V1=n2V0;其中,0.2≤n1≤1,1≤n2≤5。以此實(shí)現(xiàn)同一諧振器可在較寬頻率范圍內(nèi)做出調(diào)整,以適應(yīng)不同的需求。優(yōu)選實(shí)施例方案,0.2≤n1≤0.5,2≤n2≤5。

      基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體濾波器,其特征在于,所述濾波器由上述腔體諧振器中的一種或多種耦合形成。顯然,所述諧振器之間的耦合方式并不構(gòu)成對本實(shí)用新型濾波器方案的限制。

      基于本實(shí)用新型實(shí)施例的設(shè)計,本實(shí)用新型的諧振器包括但不限于矩形腔體諧振器、圓柱形腔體諧振器和同軸腔體諧振器等。而對于異性腔體諧振器(形成諧振器的腔體電路表面為非平面的異形結(jié)構(gòu)),本實(shí)用新型的方案優(yōu)勢更為突出,因為本實(shí)用新型的可變形高溫超導(dǎo)可通過彎折/彎曲處理或者模具沖壓成型形成各種復(fù)雜的曲面和/或異形結(jié)構(gòu),屬于本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例方案。

      本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到,這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理,應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)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實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。

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