CN110994113A - 一种微波谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波谐振器，所述微波谐振器包括：第一电极、第二电极以及多个谐振器；所述第一电极与所述第二电极相对设置，所述第一电极与所述第二电极用于产生电场；所述多个谐振器设于所述第一电极与第二电极之间，每个所述谐振器包括N层谐振器框架，所述谐振器框架为一端开口的矩形，所述N为大于1的正整数。本发明通过使用多个谐振器框架相互嵌套的结构，将M频点分布在通带与通带之间，从而大幅提高了带间陡峭度。此外，本发明通过沉积法，在基片上沉积得到谐振器框架，改变了传统的谐振器制备方法，从而大幅减小了谐振器的尺寸。

Description

一种微波谐振器

技术领域

本发明涉及微波通讯技术领域，特别是涉及一种微波谐振器。

背景技术

高温超导材料表面电阻十分小，用高温超导材料做成的滤波器、谐振器具有损耗小，带边陡峭等一系列优点，可以大幅提高通讯器件的灵敏度。超导薄膜生长在氧化镁、铝酸镧、蓝宝石等基片上，由于这种平面结构，超导滤波器一般做成平面微带结构，基片的两面均有超导薄膜，其中一面接地，另一面进过光刻干刻制成电路。滤波器电路是由谐振器和输入输出馈线做成，一个良好的谐振器对滤波器系能影响很大。理想的谐振器只具有一个谐振频率，多模谐振器可以实现两个以及两个以上的谐振频率，因此比较适合制作多通带滤波器。多通带滤波器，顾名思义，其特征相对于单通带滤波器在于可以选择出多个特征频段，其性能指标与单通带滤波器类似。

在现有技术中，设计多通带滤波器有多种方案，在文献1：Y.Heng and et al.“Tri-band superconducting bandpass filter with high selectivity”Electron.Lett.vol.49,no.10,pp.658–659,May.2013中，提出了使用三个带通滤波器并联的结构，将三个单通带滤波器进行负载匹配，然后一个一个并联起来，就形成了三通带滤波器。这种方法优点在于设计理论清晰，设计方法简单，但是往往会导致滤波器结构尺寸过大。。

在文献2：R.Gmez-Garca and A.C.Guyette,“Reconfigurable multi-bandmicrowave filters”IEEE Trans.Microw.Theory Techn.vol.63,no.4,pp.1294–1307,Apr.2015中，采用的方案是将一个宽带和多个带阻结构串联形成多通带。这种方法同样简单直观，但是由于其采用级联的手段，使得电路尺寸依然过大。

在文献3：J.Lee andK.Sarabandi,“Design oftriple-passbandmicrowavefilters using frequency transformations”IEEE Trans.Microw.TheoryTechn.vol.56,no.1,pp.187–193,Jan.2008中，采用的是综合设计方案，将上述两种方案融合，但是这种方法需要复杂的交叉耦合参数，增大了谐振器的结构的设计难度和滤波器整体的电路拓扑结构的复杂程度，不利于二维的微带电路的实现。

此外，还有一种方案，采用具有多个谐振模式的多模谐振器法。级联多个多模谐振器，利用多个谐振模式的级间耦合分别构成多个通带。采用这种方法构建的多通带滤波器具有电路尺寸小，结构紧凑的优势。

但是，对于多模谐振器，多个谐振模式的级间耦合往往相互影响，多个谐振模式分别与外部输入输出的外部耦合系数也相互影响，要调整并同时得到优化的两个模式的级间耦合系数和外部耦合系数是很困难的。这就使得多通带滤波器的多个通带无法独立自由设计。

所以，现有的方案中，仍然存在谐振器尺寸大、带间陡峭度低以及通带之间互相影响且无法独立自由设计的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波谐振器，用于解决现有技术中，多模谐振器中多个通带无法独立自由设计且带间陡峭度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种微波谐振器，包括：第一电极、第二电极以及多个谐振器；

所述第一电极与所述第二电极相对设置，所述第一电极与所述第二电极用于产生电场；

所述多个谐振器设于所述第一电极与第二电极之间，每个所述谐振器包括N层谐振器框架，所述谐振器框架为一端开口的矩形，所述N为大于1的正整数。

可选的，所述谐振器的数量为4个，所述谐振器按顺序排列并按顺序编号为第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器以及第四谐振器；

所述第一谐振器的谐振器框架以及所述第三谐振器的谐振器框架的开口方向相同；

所述第二谐振器的谐振器框架以及所述第四谐振器的谐振器框架的开口方向相同，且与所述第一谐振器的谐振器框架的开口方向相反。

可选的，所述谐振器框架的层数N为2，相邻的所述谐振器框架之间设有一定间距。

可选的，所述谐振器框架的层数N为3，相邻的所述谐振器框架之间设有一定间距。

可选的，所述谐振器框架是利用超导薄膜通过沉积法沉积在基片上的超导线条。

可选的，所述谐振器框架具体包括：第一超导线条、第二超导线条以及第三超导线条；

所述第一超导线条的一端与所述第二超导线条的一端连接，所述第二超导线条的另一端与所述第三超导线条的一端连接；所述第一超导线条与所述第三超导线条长度相等，所述第一超导线条与所述第三超导线条平行且相对设置。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过使用多个谐振器框架相互嵌套的结构，将M频点分布在通带与通带之间，从而大幅提高了带间陡峭度。此外，本发明通过沉积法，在基片上沉积得到谐振器框架，改变了传统的谐振器制备方法，从而大幅减小了谐振器的尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的实施例1的谐振器结构图；

图2为本发明所提供的实施例1的微波谐振器结构图；

图3为本发明所提供的实施例1的仿真测试曲线图；

图4为本发明所提供的实施例2的微波谐振器结构图；

图5为本发明所提供的实施例2的仿真测试曲线图。

符号说明：第一电极1，第二电极2，第一谐振器3，第二谐振器4，第三谐振器5，第四谐振器6，第一超导线条7，第二超导线条8，第三超导线条9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种微波谐振器，以实现多通带谐振器的通带之间独立设计并提高带间陡峭度的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种微波谐振器，包括：第一电极1、第二电极2以及多个谐振器；

所述第一电极1与所述第二电极2相对设置，所述第一电极1与所述第二电极2用于产生电场；

所述多个谐振器设于所述第一电极1与第二电极2之间，每个所述谐振器包括N层谐振器框架，所述谐振器框架为一端开口的矩形，所述N为大于1的正整数。

在实际应用中，所述谐振器的数量为4个，所述谐振器按顺序排列并按顺序编号为第一谐振器3、第二谐振器4、第三谐振器5以及第四谐振器6；

所述第一谐振器3的谐振器框架以及所述第三谐振器5的谐振器框架的开口方向相同；

所述第二谐振器4的谐振器框架以及所述第四谐振器6的谐振器框架的开口方向相同，且与所述第一谐振器3的谐振器框架的开口方向相反。

在实际应用中，所述谐振器框架的层数N为2，相邻的所述谐振器框架之间设有一定间距。在本发明所提供的实施例1中，所示谐振器包括2层谐振器框架。如图2所示，所述第一电极1与所述第二电极2产生电场，所述第一谐振器3、所述第二谐振器4、所述第三谐振器5以及所述第四谐振器6受到电场作用产生谐振现象，由于所述第一谐振器3、所述第二谐振器4、所述第三谐振器5以及所述第四谐振器6包括2层谐振器框架，所以所述微波谐振器产生的通带数量为2。

在实际应用中，本发明所提供的实施例1中的微博谐振器是利用光刻技术刻在氧化镁基片的YBCO超导薄膜上的，氧化镁相对介电常数为9.7。

如图3所示，本发明所提供的实施例1中的微波谐振器产生的通带数量为2，其中，第一个通带为4.22到4.28GHz第二个通带为4.69到4.82GHz，M频点分布在通带与通带之间，带间陡峭度高，在实际应用中，带间陡峭度高的谐振器产生的误差小。

在实际应用中，所述谐振器框架的层数N为3，相邻的所述谐振器框架之间设有一定间距。在本发明所提供的实施例2中，所示谐振器包括3层谐振器框架。如图4所示，所述第一电极1与所述第二电极2产生电场，所述第一谐振器3、所述第二谐振器4、所述第三谐振器5以及所述第四谐振器6受到电场作用产生谐振现象，由于所述第一谐振器3、所述第二谐振器4、所述第三谐振器5以及所述第四谐振器6包括3层谐振器框架，所以所述微波谐振器产生的通带数量为3。

在实际应用中，本发明所提供的实施例2中的微博谐振器是利用光刻技术刻在氧化镁基片的YBCO超导薄膜上的，氧化镁相对介电常数为9.7。

如图5所示，本发明所提供的实施例2中的微波谐振器产生的通带数量为3，其中，第一个通带为4.21到4.34GHz第二个通带为4.595到4.62GHz,第三个通带为4.895到4.92GHz，M频点分布在通带与通带之间，带间陡峭度高，在实际应用中，带间陡峭度高的谐振器产生的误差小。

在实际应用中，所述谐振器框架是利用超导薄膜通过沉积法沉积在基片上的超导线条。

在实际应用中，所述谐振器框架具体包括：第一超导线条7、第二超导线条8以及第三超导线条9；

所述第一超导线条7的一端与所述第二超导线条8的一端连接，所述第二超导线条8的另一端与所述第三超导线条9的一端连接；所述第一超导线条7与所述第三超导线条9长度相等，所述第一超导线条7与所述第三超导线条9平行且相对设置。

此外，在图1中，所示谐振器分为磁耦合区以及电耦合区；

磁耦合区为电流聚集区域，主要参数为所述谐振器框架的第二超导线条8长度w1以及另一个谐振器框架的第二超导线条8长度w2以及所述谐振器框架之间的间距d，这三个参数主要影响和改变等效电路中的电感L，主要影响M频点的位置以及几个通带的相对带宽。

电耦合区为电荷聚集区域，主要参数为所述谐振器框架的第一超导线条7的长度l₁以及另一所述谐振器框架的第一超导线条7的长度l₂，主要影响改变等效电路中的电容C大小，两者主要影响谐振器的谐振频率。

在实际设计中，谐振器所对应的等效电路的电感L和电容C并不是设计中主要关心的参数，谐振器设计除了结构问题，通常来说主要考虑谐振频率的设置。电耦合区和磁耦合区并没有一个明确的分界，图1主要在物理图像上反映谐振器的电磁耦合情况。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种微波谐振器，其特征在于，所述微波谐振器包括：第一电极、第二电极以及多个谐振器；

所述第一电极与所述第二电极相对设置，所述第一电极与所述第二电极用于产生电场；

所述多个谐振器设于所述第一电极与第二电极之间，每个所述谐振器包括N层谐振器框架，所述谐振器框架为一端开口的矩形，所述N为大于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振器的数量为4个，所述谐振器按顺序排列并按顺序编号为第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器以及第四谐振器；

所述第一谐振器的谐振器框架以及所述第三谐振器的谐振器框架的开口方向相同；

所述第二谐振器的谐振器框架以及所述第四谐振器的谐振器框架的开口方向相同，且与所述第一谐振器的谐振器框架的开口方向相反。

3.根据权利要求2所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振器框架的层数N为2，相邻的所述谐振器框架之间设有一定间距。

4.根据权利要求2所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振器框架的层数N为3，相邻的所述谐振器框架之间设有一定间距。

5.根据权利要求1所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振器框架是利用超导薄膜通过沉积法沉积在基片上的超导线条。

6.根据权利要求5所述的微波谐振器，其特征在于，所述谐振器框架具体包括：第一超导线条、第二超导线条以及第三超导线条；

所述第一超导线条的一端与所述第二超导线条的一端连接，所述第二超导线条的另一端与所述第三超导线条的一端连接；所述第一超导线条与所述第三超导线条长度相等，所述第一超导线条与所述第三超导线条平行且相对设置。

Images