CN1622389A - 对称双螺旋结构谐振器及其滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种对称双螺旋结构谐振器及由其构成的带通滤波器，其特征在于谐振器是由两组以螺旋形式结构排列呈线性对称且连接成一体的微带线组成；滤波器是由输入微带、输出微带和由多个对称双螺旋结构谐振器组成的谐振器阵组成。本发明的优越性在于滤波器具有很好的频率选择性和阻带抑制特性，对称双螺旋结构可以缩小谐振器的尺寸，减弱了非相邻谐振器间的耦合作用，使电路设计和调整更简单，本发明不仅可以用普通金属制作传统的平面型微带滤波器，更适用于制造具有高品质因子的高温超导滤波器。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及一种适用于微波通讯的谐振器以及由其构成的带通滤波器，特别是一种适用于微波通讯的对称双螺旋结构谐振器及其滤波器，本滤波器可以用高温超导薄膜制作而成。
(二)背景技术：
长久以来，滤波器一直在电子信号的处理中起着极其重要的作用，它具有过滤使用信号和抑制干扰信号的功用。较理想的滤波器频率特性应当是通带内能量的损耗尽量小，而在阻带内的能量衰减为尽可能大，通带与阻带间的过渡带则应尽可能的陡峭。随着微波无线通信的快速发展，对滤波器的频率特性提出了越来越高的要求。近年发展起来的高温超导滤波器技术很好的适应了这种需求，由于高温超导薄膜的表面电阻极低，用高温超导薄膜制作的微带谐振器具有很高的品质因子(Q值可达40000-100000)，所以采用高温超导薄膜制成的微带滤波器，具有极低的插入损耗及优异的频率选择特性，同时微带滤波器具有体积小，重量轻的特点。
对于半波长谐振器式耦合微带滤波器，其电路基本构成一般为：信号的输入微带、输出微带、多个产生谐振耦合的微带谐振器，谐振器的有效长度为中心频率的半波长，多极谐振器对相应频率电磁波的激励和耦合传输作用而最终达到对微波信号的过滤处理。目前有多种成熟的设计结构方案以适应不同的技术要求：
附图1为典型的半波长谐振器平行耦合型之带通滤波器(parallel-coupled，half-wave resonator filter)。
附图2为典型的发夹式半波长谐振器(hairpin-resonator)之带通滤波器，请参考E.G.Cristal and S.Frankel，“Hairpin-line andHybrid Hairpin-Line/Half-Wave Parallel-Coupled-Line Filters”，IEEE Trams.MTT，vol.MTT-20，pp.719-728，(November 1972)，这种结构可以近似看作附图1所示结构的变形，其每个谐振器的有效长度仍为半波长。在此设计结构中，滤波器里的谐振器方向是上、下交替轮换，这种结构使得谐振器间有很强的耦合效应，适合制作宽带的滤波器，若用于制作窄带滤波器、则滤波器会需要相当大的空间；
附图3为另一种发夹式谐振器之滤波器结构，请详见于M.Sagawa，K.Takahashi，and M.Makimoto，“Miniaturized Hairpin ResonatorFilters and their Application to Receiver Front-End MIC’s”，IEEETrams.MTTvol.37，pp.1991-1997(December 1998)，此种设计结构中，谐振器开口的前端被缩短、且产生很强的电容效应，谐振器显示出半块状(semi-lumped)性质、即上端(开口端)显出电容性效应，下端显出电感性效应。这种滤波器结构的谐振器方向都是同向，为了缩短整个谐振器长度，可以将谐振器的电容部分增大、而将电感部分缩小，但它的品质因子(Q值)就会随着这样的调整而降低；
附图4为一种发夹梳型(Hairpin-Comb)半波长谐振器之滤波器，此种滤波器所包含谐振器之方向皆相同，每个谐振器有效总长度为半波长，此种结构之滤波器适合制作窄带(narrow-band)滤波器，即相对带宽(滤波器通带宽度/滤波器中心频率)小于1％的滤波器，请参考George L.Matthaei，US Patent Number 5，888，942(Mar.30，1999)。
(三)发明内容：
本发明的目的在于设计一种新型结构的谐振器及由其构成的带通滤波器。谐振器采用对称的双螺旋微带线结构，由其构成的滤波器具有较小的体积尺寸，极高的通带选择性，极高的杂讯抑制能力等特点，适合使用具有高品质因子的高温超导薄膜制作高温超导微波滤波器。
本发明提出的一种对称双螺旋结构谐振器，其特征在于它是由两组以螺旋形式结构排列呈线性对称且连接成一体的微带线组成。微带线的两个端口分别位于两个螺旋结构的中间。
上述所说的对称双螺旋结构谐振器的两个螺旋结构中微带线旋绕的匝数可根据实际需要而确定。
上述所说的对称双螺旋结构谐振器的形状可为不同的形状，包括长方形、带有圆角的长方形、正方形、带有圆角的正方形。
本发明提出的一种基于上述对称双螺旋结构谐振器所构成的滤波器，其特征在于它是由输入微带、输出微带和由多个对称双螺旋结构谐振器组成的谐振器阵组成。
上述所说的滤波器中之对称双螺旋结构谐振器依次平行排列，其极数可以根据实际的需要而确定，谐振器的方向可以上下交替，可以为同一方向，可以排列成谐振器阵整体为旋转对称的方向，也可以排列成谐振器阵整体为线性对称的方向。
上述所说的滤波器中之对称双螺旋结构谐振器在平行排列时，谐振器的位置可以与相邻谐振器平齐，也可以不平齐。
上述所说的滤波器中之输入微带、输出微带各自与谐振器阵中最邻近的谐振器关系可以为直接激励关系，也可以为耦合激励关系。
上述所说的滤波器可用金属薄膜制作，更适合使用具有高品质因子的高温超导薄膜制作。
本发明的优越性在于：1、对称双螺旋结构谐振器构成的滤波器具有很好的频率选择性和阻带抑制特性；2、对称双螺旋结构可以缩小谐振器的尺寸，使滤波器结构更加紧凑；3、减弱了非相邻谐振器间的耦合作用，使电路设计和调整更简单；4、本发明不仅可以用于传统的平面型普通金属微带滤波器，更适用于制造具有高品质因子的高温超导滤波器。
(四)附图说明：
附图1为现有典型的半波长谐振器平行耦合型滤波器结构示意图。
附图2为现有典型的发夹式半波长谐振器之滤波器结构示意图，其中发夹式谐振器的方向交替呈现相反方向。
附图3为现有半块状(semi-lumped)发夹式谐振器之滤波器结构示意图。
附图4为现有发夹式梳型滤波器结构示意图，其发夹式谐振器之方向皆同向。
附图5为本发明所涉一种对称双螺旋结构谐振器的结构示意图。
附图6为本发明所涉一种基于对称双螺旋结构谐振器所构成的输入输出采用直接激励的6极滤波器结构示意图。
附图7为本发明所涉一种基于对称双螺旋结构谐振器所构成的输入输出采用耦合激励的6极滤波器结构示意图。
附图8为本发明所涉一种基于对称双螺旋结构谐振器所构成的滤波器的频率特性图。滤波器的极数设计为8极，输入输出采用直接激励模式。
其中：10为谐振器平行耦合型滤波器，11为耦合谐振器，12为信号输入微带，13为信号输出微带；20为发夹式谐振器之滤波器，21为发夹式谐振器，22为信号输入微带，23为信号输出微带，24为发夹式谐振器的开口端，25为发夹式谐振器的转折端；30为半块状(semi-lumped)式谐振器之滤波器，31为半块状谐振器，32为信号输入微带，33为信号输出微带，34为半块状谐振器的开口端(电容效应端)，35为半块状谐振器的转折端(电感效应端)；40为发夹式梳型滤波器，41为发夹式谐振器，42为信号输入微带，43为信号输出微带，44为发夹式谐振器的开口端，45为发夹式谐振器的转折端；50为长方形对称双螺旋结构谐振器，A-A`为谐振器的线性对称面，50a、50b分别为谐振器的两个双螺旋结构，51a、51b分别为谐振器微带的两个端口，52为微带线，53为微带线间的间隙，54为谐振器的开口，55为带圆角的长方形对称双螺旋结构谐振器；60为直接激励型6极滤波器，61为信号输入微带，62为信号输出微带，63为相邻谐振器间的间隙；70为耦合激励型6极滤波器，71为信号输入微带，72为信号输出微带，73为相邻谐振器间的间隙，74为输入微带与第一个谐振器间的耦合间隙，75为输出微带与最后一个谐振器间的耦合间隙；80a为直接激励型8极对称双螺旋结构滤波器的频率特性图，80b为滤波器通带频率特性的放大图，81为滤波器的频率响应S21曲线，82为滤波器的频率响应S11曲线。
(五)具体实施方式：
实施例1：本发明提出的一种对称双螺旋结构谐振器50，其特征在于它是由两组以螺旋形式结构50a、50b排列呈线性对称且连接成一体的微带线52组成。微带线52的两个端口51a、51b分别位于两个螺旋结构50a、50b的中间。
上述所说的对称双螺旋结构谐振器50的两个螺旋结构50a、50b中微带线52旋绕的匝数可根据实际需要而确定。
上述所说的对称双螺旋结构谐振器的形状可为不同的形状，包括长方形、带有圆角的长方形、正方形、带有圆角的正方形。
本发明提出的一种基于上述对称双螺旋结构谐振器50所构成的滤波器60，其特征在于它是由输入微带61、输出微带62和由多个对称双螺旋结构谐振器50组成的谐振器阵组成。
上述所说的滤波器60中之对称双螺旋结构谐振器50依次平行排列，其极数可以根据实际的需要而确定，谐振器50的方向可以上下交替，可以为同一方向，可以排列成谐振器阵整体为旋转对称的方向，也可以排列成谐振器阵整体为线性对称的方向。
上述所说的滤波器60中之对称双螺旋结构谐振器50在平行排列时，谐振器50的位置可以与相邻谐振器平齐，也可以不平齐。
上述所说的滤波器60之输入微带61、输出微带62各自与谐振器阵中最邻近的谐振器50关系可以为直接激励关系。
上述所说的滤波器60可用具有高品质因子的高温超导薄膜制作。
实施例2：上述所说的滤波器60也可用金属薄膜制作。
实施例3：上述所说的滤波器70之输入微带71、输出微带72各自与谐振器阵中最邻近的谐振器50关系可以为耦合激励关系。
Claims (8)
1、一种对称双螺旋结构谐振器，其特征在于它是由两组以螺旋形式结构排列呈线性对称且连接成一体的微带线组成。微带线的两个端口分别位于两个螺旋结构的中间。
2、根据权利要求1所说的一种对称双螺旋结构谐振器，其特征在于所说的两个螺旋结构中微带线旋绕的匝数可根据实际需要而确定。
3、根据权利要求1所说的一种对称双螺旋结构谐振器，其特征在于所说谐振器的形状可为不同的形状，包括长方形、带有圆角的长方形、正方形、带有圆角的正方形。
4、一种基于如权利要求1所说的对称双螺旋结构谐振器所构成的滤波器，其特征在于它是由输入微带、输出微带和由多个对称双螺旋结构谐振器组成的谐振器阵组成。
5、根据权利要求4所说的一种基于如权利要求1所说的对称双螺旋结构谐振器所构成的滤波器，其特征在于所说的滤波器中之对称双螺旋结构谐振器依次平行排列，其极数可以根据实际的需要而确定，谐振器的方向可以上下交替，可以为同一方向，可以排列成谐振器阵整体为旋转对称的方向，也可以排列成谐振器阵整体为线性对称的方向。
6、根据权利要求4所说的一种基于如权利要求1所说的对称双螺旋结构谐振器所构成的滤波器，其特征在于所说的滤波器中之对称双螺旋结构谐振器在平行排列时，谐振器的位置可以与相邻谐振器平齐，也可以不平齐。
7、根据权利要求4所说的一种基于如权利要求1所说的对称双螺旋结构谐振器所构成的滤波器，其特征在于所说的滤波器中之输入微带、输出微带各自与谐振器阵中最邻近的谐振器关系可以为直接激励关系，也可以为耦合激励关系。
8、根据权利要求4所说的一种基于如权利要求1所说的对称双螺旋结构谐振器所构成的滤波器，其特征在于所说的滤波器可用金属薄膜制作，更适合使用具有高品质因子的高温超导薄膜制作。
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