[发明专利]一种可变频超导微带线谐振器

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种可变频超导微带线谐振器。

背景技术

由于超导材料在微波频段的表面电阻相比常规金属材料低两到三个数量级，超导微带线谐振器组成的超导滤波器具有优异的滤波特性，一般采用微带线技术实现的超导微带线谐振器的基本组成包括上层超导谐振器结构11、下层超导薄膜12、位于该上、下两层超导体之间的介质基片13，如图1所示。其中，上层谐振器结构11和下层导体薄膜均为超导体；基片可以使用氧化镁基片、铝酸镧基片、蓝宝石等其它材料。近年来超导滤波器在微波技术领域得到了非常广泛的应用，特别是在对滤波特性要求极高的电子对抗、卫星通信和射电天文等领域的应用具有重要意义。

随着越来越多的微波技术在各领域的深入应用，空间环境中的微波频谱也变得越来越密集和复杂，导致使用常规金属滤波器或介质滤波器的接收机性能受到同频段或相邻频段杂波信号日益严重的干扰。为了解决这个问题，越来越多的科研人员把目光投向研制高性能可变频滤波器，当滤波器通带内有杂波干扰出现时，可以主动把滤波器变频到另外一个没有干扰的通带工作。近年来，各国这一领域的研究工作主要集中在可变频的常规滤波器研究上，比如可调介质滤波器(Raafat R.Mansour，IEEE microwave magazine，October(2009)，84)，可调常规微带线滤波器(Jia-Sheng Hong，IEEE microwave magazine，October(2009)，73)。这些可调滤波器的一个共同的缺点是谐振器品质因数不高，滤波器损耗较大。

制作高性能可变频微带线滤波器最关键的问题，是如何实现高性能可变频微带线谐振器，而可变频超导谐振器正是解决这一问题的一个非常好的选择。目前已公开发表的可变频超导滤波器主要有两种实现方式：一种是在超导微带线谐振器上方悬置一片介质片，通过机械运动方法改变介质片悬浮高度，从而改变超导谐振器的谐振频率，其实现的困难在于难以实现精度要求极高的在低温下工作的微型机械控制装置，缺点是变频响应迟缓；另一种方式是在超导谐振器上串接变抗器，通过加电装置改变变抗器的阻抗值从而影响谐振器的谐振频率，其实现的困难在于超导基片表面难以集成分立元件，设计误差大，缺点是变抗器的引入会极大地降低超导谐振器的品质因数，从而导致滤波器插损变大，通带性能下降。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提供一种可变频超导微带线谐振器，具有品质因数高、变频范围大、可变频点数量多、频率控制准确的优点，同时具有易于制备的优点。

为了达到上述发明目的，本发明提出了一种可变频超导微带线谐振器，包括上层超导谐振器结构、下层超导薄膜、位于该上、下两层超导体之间的介质基片，其特征在于，所述上层超导谐振器结构包括一条连续的主条带线，一块或多块外部微带线和一个或多个开关；主条带线的一端或两端与一块或多块外部微带线构成叉指耦合结构，所述叉指耦合结构是由主条带线的端口梳状分叉结构与一块或多块外部微带线的端口梳状分叉结构相互交叉形成，它们之间相互不接触；所述外部微带线通过开关接地，通过一个或多个开关控制一块或多块外部微带线接地和断开的两种状态或状态组合，改变谐振器的谐振频率；所述外部微带线接地和断开两种状态分别对应与该外部微带线相连的开关的导通和断开两种状态。N块外部微带线的接地和断开状态的不同组合最多可以实现2的N次方种频率状态。本发明提出的可变频超导微带线谐振器，由于谐振器的主体部分是由超导材料制成，所以本发明具有品质因数高的优点；由于可以使用多块外部微带线，形成不同的叉指耦合状态，所以本发明具有变频范围大、可变频点数量多的优点；由于可以通过电磁场仿真软件(如sonnet)计算各种状态下的谐振频率，所以本发明具有频率控制准确的优点；同时由于外部微带线开关接地方式的易操作性，所以本发明具有易于制备的优点。

在上述技术方案中，所述主条带线是由直线型条带段相连接构成，或由曲线型条带段相连接构成，或由直线型条带段和曲线型条带段混合连接构成；所述主条带线的一端或两端呈梳状分叉结构，所述梳状分叉结构是由多条直线型条带段、多条折线型条带段或多条曲线型条带段的一端相连接形成的梳状分叉结构，或是多条直线型、折线型或曲线型之中两种或三种混合的条带段的一端相连接形成的梳状分叉结构。