CN102403556A - 一种可调谐超导滤波器及其制作方法、金属屏蔽盒 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种可调谐超导滤波器及其制作方法、金属屏蔽盒，其中该可调谐超导滤波器包括：多个超导微带谐振器、超导微带输入输出接头；在所述超导微带谐振器上设置有用于调节所述可调谐超导滤波器频率的半导体变容二极管，以及用于隔离所述半导体变容二极管的直流电压的固定电容；或设置有两个负极极性相对的用于调节所述可调谐超导滤波器的频率的半导体变容二级管；所述超导微带输入输出接头与外部微波电路相连接。本发明结合了超导材料低微波损耗和半导体变容二极管高可调谐性和高响应速度等优点，制作出高可调谐范围，窄带宽，低损耗，快可调速度的微波可调滤波器。

Description

一种可调谐超导滤波器及其制作方法、金属屏蔽盒
技术领域
本发明涉及射频或微波工程技术领域，特别是涉及一种适用于窄带高可调性滤波器的要求的可调谐超导滤波器及其制作方法、金属屏蔽盒。
背景技术
可调谐滤波器可用于个人通信系统，跳频接收机，卫星通信，雷达系统等，在微波系统中起着越来越重要的作用。目前，可调谐滤波器主要有机械调谐滤波器、磁调谐滤波器、电调谐滤波器等几种。机械调谐滤波器可以手动调谐或用电机驱动，它有着很高的功率承受能力，但是受制于很慢的调谐速度和笨重的体积。磁调谐滤波器主要是钇铁石榴石(Yttrium-Iron-Garnet，YIG)滤波器，这是目前最常用的可调微波滤波器，有很大的可调范围和很高的选择性。但是，YIG滤波器也有着调谐速度慢，结构复杂，价格高等缺点。
变容二极管调谐滤波器是一种主要的电调谐滤波器。它利用变容二极管和微带线组成谐振器，通过直流偏压改变变容二极管的电容，从而改变谐振器和滤波器的频率。它的结构简单，调谐速度快，也有着比较大的调谐范围。目前，变容二极管调谐滤波器主要是在微波电路板上制作铜微带谐振器然后焊接变容二极管制成的。因为铜微带线本身就有一定的微波损耗，加上变容二极管的电阻，因此，目前制作的电调谐滤波器带宽都比较大，而且有着比较高的插入损耗。
高温超导材料在微波工程领域使用的一种新型材料，其电阻特性会在某一临界温度之下消失，这一转变温度通常在液氮温度(77K)之上，目前研制的该种材料最高转变温度已达到125K以上。利用其在超导状态下，具有极低的微波表面电阻，可以制成极低损耗，极低带宽的滤波器，国内外已经进行了大量的研究。之前的研究主要集中在固定频率的超导滤波器上。现在，可调谐超导滤波器也有着越来越多的研究，但这种研究主要集中在铁电材料与超导材料的结合上。理论上，铁电材料有着较大的可调谐性能和比半导体材料更低的微波损耗，但是由于生长工艺和材料等的限制，目前，铁电材料和超导材料结合的可调滤波器调谐范围还是相对较小，也有着比较大的损耗，难以制成高可调范围，窄带宽，低损耗的微波可调谐滤波器。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种可调谐超导滤波器及其制作方法、金属屏蔽盒，用于解决现有技术滤波器无法适用高可调范围，窄带宽，低损耗要求的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种可调谐超导滤波器，其特征在于，包括：多个超导微带谐振器、超导微带输入输出接头；
在所述超导微带谐振器上设置有用于调节所述可调谐超导滤波器的频率的半导体变容二极管，以及用于隔离所述半导体变容二极管的直流电压的固定电容；或设置有两个负极极性相对的用于调节所述可调谐超导滤波器的频率的半导体变容二级管；
所述超导微带输入输出接头与外部微波电路相连接。
所述的可调谐超导滤波器，其中，所述超导微带谐振器、所述超导微带输入输出接头利用高温超导微带线制作而成。
所述的可调谐超导滤波器，其中，所述超导微带谐振器为环形超导微带谐振器。
所述的可调谐超导滤波器，其中，所述半导体变容二极管、所述固定电容利用混合集成电路工艺或单片集成电路工艺设置于所述超导微带谐振器上。
所述的可调谐超导滤波器，其中，所述可调谐超导滤波器为带通，低通，高通或带阻形式的可调谐超导滤波器。
为了实现上述目的，本发明还提供一种金属屏蔽盒，其特征在于，封装有所述的可调谐超导滤波器，所述超导微带输入输出接头通过SMA接头与所述外部微波电路相连接。
为了实现上述目的，本发明还提供一种可调谐超导滤波器的制作方法，其特征在于，包括：
步骤一，制作超导微带谐振器、与外部微波电路连接的超导微带输入输出接头；
步骤二，在所述超导微带谐振器上设置用于调节所述可调谐超导滤波器的频率的半导体变容二极管、用于隔离所述半导体变容二极管的直流电压的固定电容；或在所述超导微带谐振器上设置有两个负极极性相对的用于调节所述可调谐超导滤波器的频率的半导体变容二级管。
所述的可调谐超导滤波器的制作方法，其中，所述步骤一中，进一步包括：
利用高温超导微带线制作所述超导微带谐振器、所述超导微带输入输出接头。
所述的可调谐超导滤波器的制作方法，其中，所述步骤二具体为：
利用混合集成电路工艺将所述半导体变容二极管、所述固定电容粘贴在所述超导微带谐振器上；或
利用单片集成电路工艺将所述半导体变容二极管、所述固定电容生长在高温超导薄膜的衬底上，并与所述超导微带谐振器相连接。
所述的可调谐超导滤波器的制作方法，其中，所述可调谐超导滤波器为带通，低通，高通或带阻形式的可调谐超导滤波器。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
本发明结合了超导材料低微波损耗和半导体材料高可调性高响应速度等优点，可以制作出目前常规材料和工艺所无法制作的低损耗，窄带宽，高可调性的射频微波可调谐滤波器。
附图说明
图1为可调谐超导谐振器，(a)为变容二极管和固定电容超导谐振器，(b)为两极性相对的变容二极管超导谐振器；
图2为本发明的2阶可调谐超导带通滤波器的结构示意图；
图3为本发明的可调谐超导滤波器的组装示意图；
图4为本发明的4阶可调谐超导带通滤波器传输特性曲线；
图5为本发明的可调谐超导滤波器的制作方法流程图。
其中，附图标记：
200      可调谐超导滤波器
01       超导微带谐振器
02       半导体变容二极管
03     固定电容
04     超导微带输入接头
05     超导微带输出接头
06     金属屏蔽盒
07     SMA接头
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下。
如图1所示，为可调谐超导谐振器，其中(a)为变容二极管和固定电容超导谐振器，(b)为两极性相对的变容二极管超导谐振器。
在图1的(a)中，超导微带谐振器01与半导体变容二极管02、固定电容03相连接。
在图1的(b)中，超导微带谐振器01与极性相对的两个半导体变容二极管02相连接。
超导微带谐振器01是利用高温超导微带线制作而成。
如图2所示，为本发明的2阶可调谐超导带通滤波器的结构示意图。在该图中，可调谐超导滤波器200是由超导微带谐振器01和半导体变容二极管02及固定电容03等组成。超导微带谐振器01可以是多个，在图2中，为两个环形超导微带谐振器。
具体地，该可调谐超导滤波器200主要包括两个环形超导微带谐振器01、超导微带输入接头04、超导微带输出接头05。超导微带输入接头04、超导微带输出接头05、两个环形超导微带谐振器01利用高温超导微带线制作而成。
超导微带输入接头04、超导微带输出接头05称为可调谐超导滤波器200的超导微带输入输出接头。
每个环形超导微带谐振器01上包含半导体变容二极管02，用来调节可调谐超导滤波器200的频率，以及固定电容03用来隔离半导体变容二极管02的直流电压。
在环形超导微带谐振器01上利用混合集成电路工艺或单片集成电路工艺设置半导体变容二极管02来调节可调谐超导滤波器200的频率，以及设置固定电容03作为隔直电容来隔离半导体变容二极管02的直流电压。
环形超导微带谐振器01上的半导体变容二极管02和隔直电容03也可以用两个极性相对的半导体变容二极管02代替。
半导体变容二极管02和固定电容03与环形超导微带谐振器01可以做成混合集成电路，也可以通过半导体和超导材料生长工艺单片集成。
通过改变半导体变容二极管02两端的直流电压来改变可调谐超导滤波器200的频率，即通过电压调节半导体变容二极管02的电容来调节可调谐超导滤波器200的频率。
制作完成的可调谐超导滤波器200最终封装在金属屏蔽盒06内，通过SMA接头07与外部微波电路连接，参见图3。
如图3所示，为本发明的可调谐超导滤波器的组装示意图。在该图中，可调谐超导滤波器200被封装到金属屏蔽盒06中，超导微带输入接头04、超导微带输出接头05通过SMA接头07与外部微波电路相连。
如图4所示，为本发明的4阶可调谐超导带通滤波器传输特性曲线。在该图中，半导体变容二极管02两端的电压从5.6V调谐到20V的过程中，可调谐超导滤波器200的频率从840MHz调谐到了1160MHz，而可调谐超导滤波器200的3dB相对带宽只有1％左右。
如图5所示，为本发明的可调谐超导滤波器的制作方法流程图。结合图1、2、3，该制作方法包括：
步骤501，制作超导微带谐振器01以及超导微带输入接头04、超导微带输出接头05；
该步骤中，是在两面镀有高温超导薄膜的衬底上，将其中一面高温超导薄膜通过曝光、刻蚀等技术制成超导微带谐振器01以及超导微带输入接头04、超导微带输出接头05。
步骤502，将半导体变容二极管02、固定电容03设置于超导微带谐振器01上。
该步骤中，利用混合集成电路工艺将半导体变容二极管02、固定电容03粘贴在超导微带谐振器01上，或者是利用单片集成电路工艺将半导体变容二极管02、固定电容03生长在高温超导薄膜的衬底上，并与超导微带谐振器01相连接。
该步骤中，半导体变容二极管02和隔直电容03也可以用两个极性相对的半导体变容二极管02代替。
通过改变半导体变容二极管02两端的直流电压来改变可调谐超导滤波器200的频率，即通过电压调节半导体变容二极管02的电容来调节可调谐超导滤波器200的频率。
可调谐超导滤波器200不仅适用带通滤波器，也适用于低通，高通，带阻等各种形式的可调谐超导滤波器。
本发明提供的一种可调谐超导滤波器，应用于射频或微波工程技术领域，其结合了超导材料低微波损耗和半导体变容二极管高可调谐性和高响应速度等优点，特别适用于制作高可调谐范围，窄带宽，低损耗，快可调速度的微波可调滤波器。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可调谐超导滤波器，其特征在于，包括：多个超导微带谐振器、超导微带输入输出接头；
在所述超导微带谐振器上设置有用于调节所述可调谐超导滤波器的频率的半导体变容二极管，以及用于隔离所述半导体变容二极管的直流电压的固定电容；或设置有两个负极极性相对的用于调节所述可调谐超导滤波器的频率的半导体变容二级管；
所述超导微带输入输出接头与外部微波电路相连接。
2.根据权利要求1所述的可调谐超导滤波器，其特征在于，所述超导微带谐振器、所述超导微带输入输出接头利用高温超导微带线制作而成。
3.根据权利要求1所述的可调谐超导滤波器，其特征在于，所述超导微带谐振器为环形超导微带谐振器。
4.根据权利要求1、2或3所述的可调谐超导滤波器，其特征在于，所述半导体变容二极管、所述固定电容利用混合集成电路工艺或单片集成电路工艺设置于所述超导微带谐振器上。
5.根据权利要求1、2或3所述的可调谐超导滤波器，其特征在于，所述可调谐超导滤波器为带通，低通，高通或带阻形式的可调谐超导滤波器。
6.一种金属屏蔽盒，其特征在于，封装有权利要求1、2或3所述的可调谐超导滤波器，所述超导微带输入输出接头通过SMA接头与所述外部微波电路相连接。
7.一种可调谐超导滤波器的制作方法，其特征在于，包括：
步骤一，制作超导微带谐振器、与外部微波电路连接的超导微带输入输出接头；
步骤二，在所述超导微带谐振器上设置用于调节所述可调谐超导滤波器频率的半导体变容二极管、用于隔离所述半导体变容二极管的直流电压的固定电容；或在所述超导微带谐振器上设置有两个负极极性相对的用于调节所述可调谐超导滤波器的频率的半导体变容二级管。
8.根据权利要求7所述的可调谐超导滤波器的制作方法，其特征在于，所述步骤一中，进一步包括：
利用高温超导微带线制作所述超导微带谐振器、所述超导微带输入输出接头。
9.根据权利要求7或8所述的可调谐超导滤波器的制作方法，其特征在于，所述步骤二具体为：
利用混合集成电路工艺将所述半导体变容二极管、所述固定电容粘贴在所述超导微带谐振器上；或
利用单片集成电路工艺将所述半导体变容二极管、所述固定电容生长在高温超导薄膜的衬底上，并与所述超导微带谐振器相连接。
10.根据权利要求7或8所述的可调谐超导滤波器的制作方法，其特征在于，所述可调谐超导滤波器为带通，低通，高通或带阻形式的可调谐超导滤波器。
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