CN1309823A - 可转换低通滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种用于微波频率的低通滤波器或带阻滤波器,具有基本上是平面的结构,并由具有电感部分(10)和较宽的电容部分(11)的传输线构成。电感部分被设计成线性微带元件,其宽度通过使线性元件(10)的侧边处的区(13)超导来改变。传输线的宽度变化使其电感也相应变化。微带元件侧边处的区(13)包括正好位于中心正常金属导体(9)处的相当窄的区域。这些窄区域(13)具有在非超导状态下的某个导电率,该导电率小,但就金属导体的导电率而言,并非完全微不足道。但是,由于它们只在极窄的边缘处而不是在大的表面处与正常金属导体(9)接触,因此,它们在成为超导的区域的正常状态下对传输线的传输特性无明显影响。

Description

可转换低通滤波器
技术领域
本发明涉及用于微波集成电路的微波滤波器，具体涉及带阻滤波器或低通滤波器。
发明背景和技术状态
像其它电子领域一样，微波集成电路中的传输路径中当然也需要滤波元件。尤其是需要其性能可变的滤波器，如只对控制信号的特定状态有滤波作用的滤波器。用采用例如平面带线结构的高温铜酸盐超导体能构成极密的微波滤波器。这种滤波器用于高性能无线电通信系统中，例如，用作无线电基站用的微波接收滤波器，其中，有极其明显的转换(sharp shirts)和插入损耗有及小尺寸、轻重量的滤波器是很重要的。
日本专利申请JP2/101801中公开了一种微波带阻滤波器，它有设计成线性微带的传输线，放在超导材料层区域顶上的金属元件。除在某些超导区域的宽度大于金属导体的宽度的区域之外，超导材料区域的图案与金属导体的图案基本上一致。当超导材料进入非超导状态时，大部分电流通过金属导体的共用金属材料，而在超导状态下，电流只通过下层的超导材料。由此，可使元件获得可变的滤波作用。但是，这种设计造成的缺点是，由于该区域引起传输线中的损耗，所以形成了具有位于正常导体下的浅的导电率区域。适用于微波集成电路的低温超导材料在正常状态下的导电率与始终是正常金属导体的材料的10-3至10-2的导电率相当。
概述
本发明的目的是提供一种以微带传输线为基础的用于微波的可转换滤波器，该滤波器具有低损耗。
因此，用于微波频率的低通或带阻滤波器设计成基本上是平面结构，并由设计成线性微带元件的传输线构成，其宽度通过使线性元件侧边处的区域超导来改变。随着传输线宽度的变化，其电感也相应变化。在微带元件侧边的区域包括正好位于中心的正常金属导体处的相当窄的区域，这样，沿中心微带元件的侧边或至少部分边缘与它电连接。这些窄的区域具有在非超导状态下的某些小的、但又就金属导体的导电率而言并非微不足道的导电率。但是，由于它们只在极其浅或极薄边缘处、而不是在大的表面处与总是正常的金属导体的中心接触，因此，对能构成超导的那些区域的正常状态下的传输路径的传输特性没有明显的影响。传输线还包括构成其电容用的电容区域。电容区域是从传输线的中心柱元件横向伸出的区域，是中心正常金属导体的一部分，并且是用在所需温度下不构成超导的正常导电材料制成。
附图的简要说明
本发明将参见附图用非限定的实施例进行说明。其中，
图1是平面可转换微波滤波器结构的透视图；
图2是图1的剖视图；和
图3是按图1和图2的滤波器结构的插入损耗作为微波频率的函数的曲线图。
详细说明
图1和2所示的平面式微带线元件中使用介电衬底1，介电衬底1有在其底表面上形成的例如Cu、Ag或Au的金属层的导电接地层3，该接地层基本上覆盖了作为邻近层的全部底表面。顶表面上有与底层相同的金属，即铜、银或金适当构成的有图案的导电层5。在图案的导电层5形成使微波按箭头7所示方向移动用的传输或传播路径。有图案的导电层5的外形包括具有确定传播方向的均匀的、相当窄的形状的宽度Wo的中心柱路径9，它还进一步具有均具有相同矩形形状的长度为b的、从中心柱横向伸出的横向延伸部分11，位于与一个相同延伸部分相对的一个延伸部分以构成宽度为的Wc的更大矩形。横向延伸部分对称于中心柱的轴设置，而且，它们沿中心柱按均匀间隔设置，所以，延伸部分11之间的间隔长度为1，该间隔长度是延伸部分之间的柱部分10的长度。
该结构确定沿滤波器传播的微波的截止频率。从说明作为穿过微带结构的微波频率的函数的图1和图2的微带元件的插入损耗的图3中显示出截止频率。该结构的各个不同部分主要构成它的电感L或电容C，由此确定截止频率fcn，因为它通常与(LC)-1/2成正比。因此，横向延伸部分11的尺寸主要确定滤波元件的电空，延伸部分11之间的中心柱9的窄住部分10，尤其是其宽度，主要决定电感L。
通过在所选择的位置处的正常导体图案5的侧边或多个侧边处直接增加导电区域或导电区13来改变滤波元件的电感L。这些区13用超导材料，最好用高温超导材料制成。区13最好位于中心柱部分10的两侧。当这些横向超导区13是处于超导状态时，则全部电流将仅流入按迈斯纳效应而使滤波结构中的传输路径的电感减小的这些区域中。在横向区域13的超导材料的正常状态下，这些区域对在总是正常中心柱部分中的电流分布不会有太大的干扰，因为，在区域13的正常状态下，对于典型的高温超导材料，它们具有与金属区域10、11的材料的约为108S/m导电率δc相比的约为5-105S/m的导电率δn。适当地选择中心柱部分10和超导区13的生成宽度W，可显著减小在更高的截止频率fcs中产生的滤波元件的电感L，见图3。
用任何正常的方法，例如按要求或按规定改变温度、磁场或直流电流的电平，能实现区13的超导状态和正常状态的转换。用图1所示的控制单元15表示该转换。最好的方法是控制比超导材料的临界电流大的电流，使该电流通过或不通过微带线。通过总是使固定的偏置电流、即直流电流通过该线，使该固定的偏置电流具有比临界电流缓慢的电流密度，并且通过将如电流脉冲的小的控制电流加或不加到其上，可在超导状态和正常状态之间进行极快的双向转换。数字模拟表明，微带线的电感L能很容易地降低到它的电感的一半，以用于超导值的适当宽度。之后，相应的截止频率的相对漂移[(fcs-fcn)/fcn]具有约为40％的估计值。

Claims (11)

1．一种用于微波的滤波器结构，其特征是，由在规定温度以上无超导性能的导电材料构成中心微带线，由在规定温度以上有超导性能的材料构成区，这些区位于中心微带线的侧边，并与中心微带线处于同一平面内。
2．按权利要求1的滤波器结构，其特征是，该区是宽度均匀的带形。
3．按权利要求2的滤波器结构，其特征是，所有的区有相同的宽度。
4．按权利要求1-2的任一权利要求的滤波器结构，其特征是，中心微带线有从中心柱延伸的横向延伸部分。
5．按权利要求4的滤波器结构，其特征是，中心柱有基本上均匀的宽度。
6．按权利要求4-5的任一权利要求的滤波器结构，其特征是，所有横向延伸部分有基本相同的形状。
7．按权利要求4-6的任一权利要求的滤波器结构，其特征是，横向延伸部分基本上是矩形形状。
8．按权利要求4-7的任一权利要求的滤波器结构，其特征是，横向延伸部分沿中心柱均匀分布。
9．按权利要求4-8的任一权利要求的滤波器结构，其特征是，该区位于横向延伸部分之间的中心柱部分的侧边处。
10．按权利要求1-9的任一权利要求的滤波器结构，其特征是，中心微带线和区具有如下形状，即滤波器结构相对于中心微带线的纵轴基本对称。
11．按权利要求1-10的任一权利要求的滤波器结构，其特征是，使电流流过该区的控制手段，由此，当滤波器结构高于规定温度，并且该区处于超导状态时，使该区变成非超导状态。
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