CN1180509C - 微波单折叠滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微波窄带滤波器的技术领域，涉及微波单折叠滤波器，其一种结构包括多个相同结构的谐振器组成谐振器阵，其特征在于，该谐振器由一根微带线折叠形成一个开口端和一个封闭端的单折叠结构，该开口端的两边微带线长度不同，各谐振器平行排列，且两两对称放置，长边在内形成多个类发夹形谐振器组，输入输出耦合线与输入输出馈线相连接，且输入输出耦合线各自与所述谐振器阵中最靠近的一个谐振器相耦合。另一种结构的不同之处为各谐振器依次平行同方向排列。本发明具有***损耗小，带外抑制大，过渡带陡峭，同时结构简捷，整体尺寸小等优点。
Description
技术领域
本发明属于微波窄带滤波器的技术领域，特别涉及微波滤波器结构设计。
背景技术
滤波器是一种十分重要的微波元件，它的主要功能是用来分隔频率，即通过一定的频率的信号而阻断另一些频率的信号。理想的滤波器特性应当是通带无衰减而在截止区域内衰减无穷大，通带与截止区域的跳变要尽可能的陡峭。要达到带边陡峭的特性，一般可以通过增加滤波器的节数来加以改善。节数的增加将显著的引人损耗，使通带衰减变大，滤波器性能恶化。这使得普通微带线滤波器的损耗一般较大，对要求较高的领域，例如卫星应用，就达不到所要求的指标，一般这时就只能用波导器件来实现。
近几年来，随着高温超导材料的制备工艺，包括单晶样品和薄膜等的发展，使得超导滤波器的实用化成为可能。超导微带线滤波器损耗小，抗邻频干扰能力强，谐振器Q值高(在几千MHz范围内，其Q值可达40000-100000)。利用超导微带线的这一特点，可以用超导微带线滤波器来代替波导滤波器。从已有的实验结果来看，超导微带线滤波器可以有陡峭的带边，极低的***损耗平坦通带特性，在性能上更接近于理想滤波器。因此超导微带线滤波器不仅具有可与波导器件比拟的性能，而又同时兼具微带线体积小，重量轻的优点。
滤波器的结构对滤波器的特性起了决定性作用。目前，设计的目标是在使滤波器整体尽可能小的前提下，使滤波器的带内***损耗更低，带边更陡。
图1显示了英国于2000年发表的一个8节Open-loop形超导滤波器，基片材料为LaAlO3，尺寸为39*23.5mm。其谐振器为8个以轴对称分布的有一缺口的环带状(图中分别以数字1-8标出)，缺口的宽度为Wg。分析其电磁场可知，电场主要分布在环的开口出，因此此处相当于一个电容；磁场主要分布于环的另一侧，所以环状的微带线接近于电感。输入输出馈线11和12的宽度WO对应着50欧姆输入输出阻抗，馈线的长度对滤波器性能没有影响，根据工艺要求取几毫米即可。馈线11和12与各自最相邻谐振器1和8接触的位置由输入输出阻抗匹配确定。8个谐振器形状尺寸相近或相同，其环带状微带线总长度约为在此LaAlO3基片上的滤波器中心频率对应波长的一半。各谐振器之间的距离决定了滤波器的性能。设计中需调整各谐振器之间的距离直至滤波器响应满足要求为止。
图2为此滤波器在55K与低噪声放大器组合条件下的频率响应图。图中，21为滤波器的传输损耗S21特性曲线，22为滤波器的反射损耗S11特性曲线。其通带***损耗约为0.13dB，带边陡峭度低端为20dB/MHz，高端为15dB/MHz。虽然这种滤波器的谐振器Q值很高，有很好的带内和陡峭度，但因为其谐振器形状过于庞大，并且不能非常有效的利用基片空间，所以限制了它不能将节数增加得很高，而增加滤波器节数能够从根本上提高其陡峭度，所以此种结构也并不十分理想。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种微波单折叠滤波器，采用单折叠结构的谐振器阵构成，使其具有***损耗小，带外抑制大，过渡带陡峭，同时结构简捷，整体尺寸小等优点。
本发明提出一种微波单折叠滤波器，包括多个相同结构的谐振器组成谐振器阵，其特征在于，该谐振器由一根微带线折叠形成一个开口端和一个封闭端的单折叠结构，该开口端的两边微带线长度不同，各谐振器平行排列，且两两对称放置，长边在内形成多个类发夹形谐振器组，输入输出耦合线与输入输出馈线相连接，且输入输出耦合线各自与所述谐振器阵中最靠近的一个谐振器相耦合。
本发明提出另一种微波单折叠滤波器，包括多个相同结构的谐振器组成谐振器阵，其特征在于，该谐振器由一根微带线折叠形成一个开口端和一个封闭端的单折叠结构，该开口端的两边微带线长度不同，各谐振器依次平行同方向排列，输入输出耦合线与输入输出馈线相连接，且输入输出耦合线各自与所述谐振器阵中最近邻谐振器相耦合。
所说输入输出耦合线各自可与所述谐振器阵中最近邻谐振器的一边顶端对齐。
本发明的效果：
本发明设计的滤波器在同等节数条件下，带内***损耗，带外衰减，带边陡峭度等性能达到国外同类超导滤波器的性能指标，而且尺寸小于Open-loop形超导滤波器。本发明可用超导材料制作，也可以用其它材料制作。本发明组成滤波器的节数可以根据需要确定，各个谐振器平行但上下不一定对齐。因此只要采用单折叠结构谐振器设计的滤波器均属本发明的保护范围。
附图说明
图1为已有的一种8节Open-loop形超导滤波器的结构布局示意图。
图2为已有的8节Open-loop形超导滤波器的响应曲线图。
图3为本发明的一种单折叠结构谐振器实施例的结构布局示意图。
图4为本发明的一种8节超导滤波器实施例的结构布局示意图。
图5为本超导滤波器实施例的响应曲线图。
图6为本发明的另一种8节超导滤波器实施例的结构布局示意图。
图7为本超导滤波器实施例的响应曲线图。
具体实施方式
本发明设计的微波单折叠滤波器结合实施例及附图分别详细说明如下：
本发明设计的用于微波单折叠滤波器的一种谐振器实施例的结构布局如图3所示。由一段微带线折叠成31、32两段不同长度的微带线形成单折叠结构谐振器，33为封闭端，34为开口端。各段微带线的的长度和两段微带线之间的距离可根据滤波器的具体设计要求确定。整个谐振器的微带线总长度约为滤波器中心频率对应波长的一半。
本发明设计的一种采用图3结构的谐振器的高温超导滤波器实施例结构布局如图4所示。滤波器中心频率为1887.5MHz，相对带宽为0.26％。图中白色部分为LaAlO3基片，尺寸为30.48*20mm，画斜线部分为超导微带线。输入输出馈线401和402的宽度皆为0.16mm，对应于50欧姆输入输出阻抗，馈线长度为3.12mm，距基片顶部距离为6.84mm，各自与输入输出耦合线411和412相连接。输入输出耦合线411和412长度为9.68mm，宽度为0.16mm，411和谐振器42间距离，412和谐振器49间距离皆为0.58mm。42到49为8个尺寸结构完全相同的单折叠结构谐振器，两两对称平行排列，长边在内形成谐振器阵，距基片底部距离为3.48mm。以第3个谐振器44为例来说明谐振器的尺寸。整个谐振器各处微带线宽度皆为0.2mm，长边442长度为12.52mm，短边441长度为9.68mm，长边442和短边441之间距离为0.4mm，整个微带线总长度约为滤波器中心频率在此基片上对应波长的一半。各微带线谐振器之间的距离11、12、13、14、15、16、17依次为3.06mm，0.9mm，3.76mm，0.92mm，3.76mm，0.9mm，3.06mm。本发明可以很容易用此结构设计出节数更高的滤波器。本发明还可以使用MgO、Sapphire等其它材料的基片。
图5为本滤波器实施例的响应曲线图，图中实线51为传输损耗S21曲线，虚线为反射损耗S11曲线，通带***损耗为0.3dB，带边陡峭度低端为35dB/MHz，高端为30dB/MHz。在增加滤波器节数的情况下，带边会更加陡峭，带外抑制会更好。
本发明设计的另一种采用图3结构的谐振器的高温超导滤波器实施例结构布局如图6所示。滤波器中心频率为1887.5MHz，相对带宽为0.27％。图中白色部分为LaAlO3基片，尺寸为23.56*18.52mm，画斜线部分为超导微带线。输入输出馈线601和602的宽度皆为0.16mm，对应于50欧姆输入输出阻抗，馈线601长度为2.96mm，距基片顶部距离为5.84mm，602长度为2.58mm，距基片顶部距离为3mm，各自与输入输出耦合线611和612相连接。输入输出耦合线611长度为9.68mm，宽度为0.16mm，612长度为10.56mm，宽度为0.16mm，611和谐振器62间距离为0.5mm，612和谐振器69间距离为0.64mm。62到69为8个尺寸结构完全相同的单折叠结构谐振器，平行排列形成谐振器阵，距基片底部距离为3mm。以第3个谐振器64为例来说明谐振器的尺寸。整个谐振器各处微带线宽度皆为0.2mm，长边642长度为12.52mm，短边641长度为9.68mm，长边642和短边641之间距离为0.4mm，整个微带线总长度约为滤波器中心频率在此基片上对应波长的一半。各微带线谐振器之间的距离11、12、13、14、15、16、17依次为1.2mm，1.52mm，1.56mm，1.6mm，1.56mm，1.52mm，1.2mm。本发明可以很容易用此结构设计出节数更高的滤波器。本发明还可以使用MgO、Sapphire等其它材料的基片。
图7为本滤波器实施例的响应曲线图，图中实线71为传输损耗S21曲线，虚线72为反射损耗S11曲线，通带***损耗约为0.29dB，带边陡峭度低端为27dB/MHz，高端为19dB/MHz。在增加滤波器节数的情况下，带边会更加陡峭，带外抑制会更好。
Claims (3)
1、一种微波单折叠滤波器，包括多个相同结构的谐振器组成谐振器阵，其特征在于，该谐振器由一根微带线折叠形成一个开口端和一个封闭端的单折叠结构，该开口端的两边微带线长度不同，各谐振器平行排列，且两两对称放置，长边在内形成多个类发夹形谐振器组，输入输出耦合线与输入输出馈线相连接，且输入输出耦合线各自与所述谐振器阵中最靠近的一个谐振器相耦合。
2、一种微波单折叠滤波器，包括多个相同结构的谐振器组成谐振器阵，其特征在于，该谐振器由一根微带线折叠形成一个开口端和一个封闭端的单折叠结构，该开口端的两边微带线长度不同，各谐振器依次平行同方向排列，输入输出耦合线与输入输出馈线相连接，且输入输出耦合线各自与所述谐振器阵中最近邻谐振器相耦合，整个谐振器的微带线总长度约为滤波器中心频率对应波长的一半。
3、如权利要求1或2所述的微波单折叠滤波器，其特征在于，所说输入输出耦合线各自与所述谐振器阵中最近邻谐振器的一边顶端对齐。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20041215 Termination date: 20201220 |