CN102544651A - 一种具有多传输零点的小型化超导滤波器 - Google Patents

Abstract

一种具有多传输零点的小型化超导滤波器，保证滤波器通带内线性相位特性、通带外高陡峭度的同时，实现滤波器尺寸的小型化。本发明由3组，各组内数目为4的微带谐振器级联组成，单个谐振器由交叉指慢波结构和回形针谐振结构构成，每组内的两个谐振器间有非接触耦合微带线，第四个和第七个谐振器实现共用节点交叉耦合结构。构成滤波器的每个谐振器的有效长度为1/2波长，滤波器的衬底材料为MgO。本发明采用的共用节点交叉耦合结构可以将现有的实现六个传输零点需要的谐振器个数由12减少为10，实现整体尺寸的进一步小型化，解决具有多传输零点的滤波器尺寸过大问题。因此此种滤波器结构更适用于制作高性能指标具有多传输零点的超导滤波器。

Description

一种具有多传输零点的小型化超导滤波器

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及用于通讯的具有多传输零点的高温超导带通滤波器，该滤波器制作于超导薄膜上。

背景技术

超导滤波器通过交叉耦合的方式具有线性相位特性和良好的频率选择性，但是也相应的需要更多的谐振器个数来实现交叉耦合，常用的交叉耦合结构由四个谐振器级联组成，通常称作CQ(Cascaded Quadruplet)形式谐振器组。当交叉耦合极性不同时，此结构便产生一对位于虚轴的传输零点以提高滤波器的带外陡峭度；当交叉耦合极性相同时，此结构便产生一对位于实轴的传输零点以实现线性相位。因此，为了实现一对传输零点的交叉耦合结构就需要4个谐振器，这就加大了滤波器的尺寸，而现代通信系统要求滤波器在实现高性能的前提下，尽可能的小型化。

到目前为止，关于具有交叉耦合结构的超导滤波器小型化方面研究报道不多。用于制作交叉耦合结构超导滤波器的CQ形式谐振器组主要有以下两种方式实现：一种是采用半开口环微带谐振器叠加而成，此种结构内的寄生耦合影响较大，需要对四个微带谐振器进行反复折叠来减弱寄生耦合。另一种结构就是采用跨线耦合即非接触式耦合微带线的方式。传统的附加跨线法每引入一对传输零点需要4阶谐振器配合，额外加大了超导滤波器的面积，详细内容请参考文献：T.Zuo，L. Fang，et al.‘A self-equalized HTS filter for futuremobile communication applications’，Physica C，Vol.459(2007)，pp.1-4.此种结构如果想实现N对传输零点，需要4N个谐振单元，不利于整个系统的小型化。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的上述不足，提供一种具有多传输零点的超导滤波器，其在具有线性相位、带外陡峭特性的同时，兼具小型化的特点。

本发明提出了一种具有多传输零点的超导小型化滤波器，该滤波器是由十阶微带谐振器级联组成，第一个与第四个、第四个与第七个、第七个和第十个谐振器之间通过非接触式耦合微带线方式实现交叉耦合，引入6个传输零点。第一个和第四个谐振器交叉耦合提供1对复传输零点，实现滤波器的线性相位特性；第四个和第七个、第七个和第十个谐振器交叉耦合提供2对实传输零点，提高滤波器通带外的陡峭度。

其中第四个和第七个谐振器作为共用节点。共用节点可以减少谐振器个数，由12个减少到10个，实现滤波器的进一步小型化。

输入微带线通过内插方式与超导小型化滤波器中的第一个谐振器耦合，输出微带线同样通过内插方式与最后一个谐振器耦合。

本发明所述的微带谐振器是由交叉指慢波结构和回形针谐振结构构成。所述的微带谐振器的回形针结构的折叠环数可以调整，适应小型化滤波器的需要，谐振器的有效长度为1/2波长。交叉指结构可以很好地抑制滤波器的二次谐波成分。

本发明的优点和积极效果：

本发明提出的具有多传输零点的小型化超导滤波器，采用共用节点交叉耦合结构可以将现有的实现六个传输零点需要的谐振器个数由12减少为10，实现整体尺寸的进一步小型化，解决具有多传输零点的滤波器尺寸过大问题。

本发明滤波器中使用的单个微带谐振器是由交叉指慢波结构和回形针谐振结构合并构成的。该结构便于应用跨线耦合方式引入非相邻谐振器之间的交叉耦合，从而提供传输零点，有利于提高滤波器性能。此外，由于交叉指慢波结构的存在，滤波器的二次谐波成分可以得到有效抑制。

本发明滤波器采用跨线耦合即非接触式耦合微带线的方式实现交叉耦合结构超导滤波器的CQ形式谐振器组，降低仿真难度。

附图说明

图1为微带谐振器结构图。

其中，10为交叉指慢波结构，11为回形针谐振结构。

图2为本发明提供的具有多传输零点的超导小型化滤波器示意图。

其中，①-⑩表示微带谐振器的编号，20为超导小型化滤波器的输入微带线、21为超导小型化滤波器的输出微带线，22、23、24为跨线耦合方式实现交叉耦合结构超导滤波器的CQ形式谐振器组，25、26、27为非接触式耦合微带线。

图3为本发明提供的具有多传输零点的小型化超导滤波器幅度响应曲线。其中31(实线)为超导滤波器的理论幅度响应曲线，32(虚线)为超导滤波器幅度响应的仿真曲线。

图4为本发明提供的具有多传输零点的小型化超导滤波器群时延响应曲线和二次谐波抑制幅度响应曲线。(a)具有多传输零点的超导滤波器群时延响应曲线，(b)超导滤波器的二次谐波抑制幅度响应曲线。

其中，41(实线)为理论群时延曲线，42(虚线)为仿真群时延曲线。

图5为本发明提供的跨线耦合方式实现交叉耦合的谐振器组频率响应图。

其中，(a)为引入实传输零点的交叉耦合谐振器组的频率响应图；(b)为引入复传输零点的交叉耦合谐振器组的频率响应图。

图6为多组包含共用节点的交叉耦合谐振器组结构示意图。

其中，60为作为共用节点的微带谐振器，61、62、63为非接触式耦合微带线。

图7为跨线耦合方式实现交叉耦合的谐振器组。

具体实施方式

实施例1：单个微带谐振器

如图1所示，本发明所述的滤波器中的单个微带谐振器是由交叉指慢波结构10和回形针谐振结构11合并构成。该结构便于应用跨线耦合方式引入非相邻谐振器之间的交叉耦合，从而提供传输零点，有利于提高滤波器性能。此外，由于交叉指慢波结构的存在，滤波器的二次谐波成分可以得到有效抑制。

所说的微带谐振器回形针谐振结构的折叠方式可以相同或不同，微带谐振器的有效长度为1/2波长。

图4(b)为应用本发明提出的单个微带谐振器设计制作的超导滤波器的二次谐波抑制幅度响应曲线。观察图可知该谐振器可以很好的抑制滤波器的二次谐波成分。

实施例2：跨线耦合谐振器组

如图7所示，通过跨线耦合即非接触式耦合微带线方式实现非相邻谐振器之间的交叉耦合谐振器组。如图6所示，将某些谐振器作为共用节点(如图6中60所示)，分别参与2组交叉耦合，这样可以减少滤波器的阶数，进一步实现超导滤波器的小型化。

上述所说的交叉耦合谐振器组各个谐振器的有效长度为半波长。

上述所说的交叉耦合谐振器组各个谐振器交叉指的开口方向可以同向，也可以反向。

图5为本发明提供的跨线耦合方式实现交叉耦合的谐振器组频率响应图。其中，(a)为引入实传输零点的交叉耦合谐振器组的频率响应图；(b)为引入复传输零点的交叉耦合谐振器组的频率响应图。

实施例3：具有多传输零点的跨线耦合式小型化超导滤波器

如图2所示由本发明提供的共用节点交叉耦合结构的、具有多个传输零点的超导滤波器，其结构内包含输入微带线20、输出微带线21、三个跨线耦合谐振器组。该滤波器的级数为十阶，各谐振器的有效长度为半波长。

上诉所说的滤波器的输入微带线和输出微带线与其相邻谐振器之间采用内插式耦合方式，也可根据实际设计需求选择其它方式，如抽头连接方式等。

上诉所说的滤波器的衬底材料为MgO，也可以选择LaAlO₃或蓝宝石为衬底材料。

图3为上诉所说的超导滤波器幅度响应曲线。31(实线)为超导滤波器的理论幅度响应曲线，32(虚线)为超导滤波器幅度响应的全波电磁场仿真曲线。

图4为上诉所说的超导滤波器群时延响应曲线(a)和超导滤波器的二次谐波抑制幅度响应曲线(b)。41(实线)为理论群时延曲线，42(虚线)为全波电磁场仿真群时延曲线。

上诉全波电磁场仿真软件为Sonnet。由图观察到所说的滤波器具有很好的性能指标。

Claims (6)

1.一种具有多传输零点的超导小型化滤波器，其特征在于该滤波器是由十阶微带谐振器级联组成，第一个与第四个、第四个与第七个、第七个和第十个微带谐振器之间通过非接触式耦合微带线方式实现交叉耦合，其中第四个和第七个微带谐振器作为共用节点。

2.根据权利要求1所述的超导小型化滤波器，其特征在于所述的微带谐振器由交叉指慢波结构和回形针谐振结构构成，微带谐振器的回形针谐振结构的折叠环数可以调整，适应小型化滤波器的需要，微带谐振器的有效长度为1/2波长。

3.根据权利要求1或2所述的超导小型化滤波器，其特征在于第一个和第四个微带谐振器交叉耦合提供1对复传输零点，实现滤波器的线性相位特性；第四个和第七个、第七个和第十个微带谐振器交叉耦合提供2对实传输零点，提高滤波器通带外的陡峭度。

4.根据权利要求1或2所述的超导小型化滤波器，其特征在于通过交叉耦合的方式引入6个传输零点，只需要十个谐振器即可完成。

5.根据权利要求1或2所述的超导小型化滤波器，其特征在于输入微带线通过内插方式与第一个微带谐振器耦合，输出微带线同样通过内插方式与最后一个微带谐振器耦合。

6.根据权利要求2所述的超导小型化滤波器，其特征在于所述的交叉指慢波结构，可以有效抑制滤波器的二次谐波成分。

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