[发明专利]基于星型耦合结构的高温超导三工器

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，特别涉及于通信用的具有星型结耦合结构的高温超导三工器，该三工器制作于单片超导薄膜上。

背景技术

在多用户的通信环境中，为了实现灵活的通信传输流量，通信系统通常会将一组工作在不同频段的微波滤波器通过一个多端口的网络组合起来，用于把宽带的信号分解成许多窄带的信号进行处理或者将不同窄带的信号合并成一个宽带的信号进行传输，而多工器可以很好地实现这种传输特性，它是卫星通信、雷达和电子战等系统中重要的部件之一，而高温超导多工器因其具有低插入损耗、重量轻和体积小等优点受到了这些微波系统的青睐。

从目前的研究情况看，超导多工器的实现方式主要采用众多环形器或正交混合网络将一系列超导滤波器连接起来，如图1所示。但是这种方式需要引入额外的环形器或正交混合网络来连接滤波器，致使后面各信道的损耗逐渐增大，降低了超导滤波器低插入损耗的优势。因此，如果在单片基片上制作三工器以取代图1中的各信道滤波器，那么在一定的信道数下将需要较少的环形器，如图2所示。这样设计带来两个方面的好处：(1)降低了后面各路信道的插入损耗；(2)在整体上进一步减小多工器的体积和重量，从而能够进一步体现高温超导多工器的优势。

到目前为止，国内外只有很少几篇文献报道了在单片超导薄膜基片上制作超导多工器方面的研究成果。这些多工器从结构上来看可以分为两种：一种是采用正交混合网络连接各个信道滤波器，如图3所示。在这种结构中，除了最后一个信道外，其他各个信道需要两个相同的正交混合网络和两个相同的滤波器。显然采用这种结构设计超导多工器时，正交混合网络将占用较多的基片面积，从而严重限制了滤波器能够采用的阶数。另一种结构为采用重复馈线耦合的方式，使用半波长的微带传输线和T型结构将相邻的滤波器连接起来，详细内容请参考以下文献Qiang Zhang，Yongbo Bian，et al，‘A compact HTS duplexer for communication application’，IEEE Trans.Appl.Supercond.，Vol.20，No.1Feb.2010.采用这种结构设计超导多工器时，各路滤波器将直接连接在一起，它们之间会有较强的干扰，因此需要精确的全波电磁仿真优化以消除它们之间的影响，仿真设计时需要反复的调谐，费时费力。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的各路滤波器间存在较强干扰且不易消除，以及仿真设计周期较长的问题，提供一种基于星型耦合结构的高温超导三工器。

该三共器基于星型结的输入端结构，将三个信道的滤波器合并起来，如图4所示。它既消除各信道滤波器合并在一起带来的冗余电纳的影响，使得三工器与前级器件阻抗完全匹配，又减弱了信道之间的较强干扰，便于仿真设计。该三工器采用微带结构，制作在超导薄膜上。

本发明提供的基于星型耦合结构的高温超导三工器，由三个信道的滤波器通过星型结耦合起来，集成在同一片高温超导薄膜衬底材料上，并呈‘⊥’形分布，如图5所示。所述的星型结由一个方形开路环型微带线谐振器实现，如图6中(b)所示，所述的每个滤波器均由CQ形式谐振器组合“L”形谐振器单元构成，如图6中(a)所示。这种结构使得三个信道间的间距增大，因此可以很好地消除它们之间的干扰。

所述的方形开路环型微带线谐振器有效长度为1/2波长，方便各个信道的第一个谐振器与公共端耦合，也便于和三工器输入端的耦合，同时还可以减弱各个信道之间的干扰。

所述的方形开路环型微带线谐振器的拐角处可以根据需要设计为直角状、梯形状、阶梯状、半圆状或半椭圆状。

所述的各滤波器中的“L”形谐振器单元为微带线段经过反复折叠形成的“L”形微带谐振器。

所述的衬底材料为LaAlO₃、MgO或者Al₂O₃。

所述三工器的各个信道的中心频率和带宽可以相同或不同，其包含的谐振器单元的个数可以相同或不同。

本发明的优点和积极效果：

本发明开发了一种具有星型结输入耦合结构的高温超导三工器，它由三个信道的滤波器组成，在公共端通过方形开路环型微带线谐振器合并起来。此种结构将信道间距增大，减弱彼此间的干扰；此外，还能很好地实现三工器与前级器件阻抗完全匹配；同时单个滤波器兼有结构简单，易于仿真的优点。因此这种多工器结构非常适合制作通带内隔离度高、通带外陡峭度高的线性相位超导三工器。

附图说明

图1为高温超导多工器的常规实现方法。