[发明专利]一种层叠结构的高功率超导滤波器

说明书

技术领域

本发明属于微波工程技术领域，特别涉及具有较高功率承受能力的超导滤波器的结构设计。

背景技术

在微波频段，超导薄膜的微波表面电阻比常规金属低两个数量级以上。利用超导材料可以实现插入损耗小、带外抑制好、带边陡峭的高性能滤波器，具有常规金属滤波器无法比拟的性能。自从1986年高温超导材料发现后，经过20多年的发展，已经研制出无线通信接收用具有优异频率响应特性的超导滤波器。而通信发射用滤波器除对频率响应特性有要求外，还要求具有较高的功率承受能力。由于受超导薄膜临界电流密度和尺寸、超导滤波器工作所需的真空腔体积和制冷机制冷量等因素的限制，高功率超导滤波器的研究仍然面临较大挑战。

超导滤波器是用超导薄膜制备的、由输入馈线、输出馈线和多个谐振器构成的微波器件。计算和仿真结果表明，在一定输入功率下，超导滤波器电路上各处的电流密度分布是不均匀的，并且存在最大电流密度值。随着输入功率的增加，滤波器电路上各处的电流密度也随之增加。当最大电流密度超过某一临界值时，将造成滤波器性能的恶化甚至完全失去滤波特性。通过增加滤波器内各谐振器的宽度可以降低谐振器内的最大电流密度，提高谐振器的功率容量，从而提高滤波器的功率承受能力。G.-C.Liang等人报导了使用较宽的微带线谐振器来设计高功率超导滤波器的方法，并实际制作了一个5阶高功率超导滤波器(G.-C.Liang，et al.High-power high-temperature superconducting microstrip filters forcellular base-station applications，IEEE Trans.Applied Supercond.，vol.5，no.2，pp：2652-2655，Jun.1995)。该5阶超导滤波器是在直径为2英寸的LaAlO3基片上实现的，其电路图如图1所示，包括设置在基片10上的输入输出馈线11、12和5个线宽较宽的谐振器13-17。滤波器的中心频率为2GHz，相对带宽为1.2％，在45K温度下能够承受20W的输入功率。然而，通过增加谐振器线宽来提高滤波器功率的方法会导致超导滤波器的频率特性受到超导薄膜尺寸的制约。滤波器的频率特性与其阶数(滤波器所包含谐振器的个数)密切相关，阶数越高，带边陡峭度和带外抑制越高，占用薄膜尺寸也越大。图1中5阶超导滤波器占用的面积即为2英寸。由于超导薄膜尺寸的限制(现有超导薄膜的直径一般为2～3英寸)，在设计更高阶数的高功率超导滤波器时将面临极大困难。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提出一种层叠结构的高功率超导滤波器，以降低超导薄膜尺寸对高功率超导滤波器设计的限制，提高超导滤波器的功率承受能力和频率响应特性。

本发明提出的一种层叠结构的高功率超导滤波器，其特征在于，该滤波器包括安装在封装盒内的输入馈线、输出馈线及多个组件，该多个组件上下相对、交错放置，每个组件包括设置在一块基片上的一个或顺序排列的多个谐振器。

上述滤波器中，所述输入馈线位于第一个组件上的第一个谐振器的一侧，输出馈线位于最后一个组件上的最后一个谐振器的一侧。

上述滤波器中，还包括安装在该封装盒侧面，并插入上下组件之间的调谐螺钉。该调谐螺钉可以是介质钉，也可以是金属钉。

本发明的效果

本发明设计的高功率超导滤波器不受超导薄膜尺寸的限制，使得用有限尺寸的超导薄膜可以制备出具有较高阶数和较大功率承受能力的超导滤波器，以提高超导滤波器的功率承受能力和频率响应特性。本发明滤波器阶数和组成滤波器的组件个数可以根据需要确定。本发明可以用超导材料制作，也可以用其他材料制作。

附图说明

图1为已有的一个5阶高功率超导滤波器的电路结构示意图。

图2为本发明的一种高功率超导滤波器实施例的结构示意图，其中(a)为滤波器各组件电路示意图，(b)为层叠结构超导滤波器示意图侧视图，(c)为超导滤波器各谐振器相对位置示意图。

图3为图2所示的超导滤波器实施例的频率响应曲线图。

图4为图2所示高功率超导滤波器实施例调谐螺钉位置示意图。

图5是本发明的另外一种高功率超导滤波器实施例的结构示意图，其中(a)为滤波器各组件电路示意图，(b)为层叠结构超导滤波器示意图侧视图，(c)为超导滤波器各谐振器相对位置示意图。

具体实施方式