DE69630258T2 - Radio transmission filter for low temperature operation - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine kleinformatige integrierte Hochleistungsfiltereinrichtung, die im Sendeabschnitt einer Basisstation in einem Mobilkommunikationssystem für die Durchführung der Kommunikation mit mehreren, einander benachbarten Übertragungsfrequenzkanälen eingesetzt wird, wobei ein Gesamtfilterelement für den Gebrauch gekühlt wird, und insbesondere eine bei Tieftemperaturen arbeitende Filtereinrichtung zur Hochleistungsübertragung, in der ein Supraleiter als Elektrodenmaterial verwendet wird.The invention relates to a small format Integrated high-performance filter device in the transmission section a base station in a mobile communication system for performing the Communication with multiple, adjacent transmission frequency channels used , cooling an overall filter element for use, and in particular a filter device operating at low temperatures for high-performance transmission, in which a superconductor is used as the electrode material.
Ein dielektrisches Resonatorfilter mit hohem Q-Wert ist in der Mobilkommunikation als Hochleistungsübertragungsfilter für eine Basisstation in einem Frequenzband von 800 MHZ (Megahertz) bis 1,5 GHz (Gigahertz) weit verbreitet eingesetzt worden. Für jeden Kanal wird ein Filter benötigt. Gewöhnlich wird ein Gerät verwendet, in dem 16 Filter für 16 Kanäle als Gruppe untergebracht sind. Jedes Filter wird für den Gebrauch mit Luft oder Wasser gekühlt, da es bei einer Eingangsleistung von zehn Watt oder mehr eine Einfügungsdämpfung von etwa 40% aufweist.A dielectric resonator filter with high Q-value is in mobile communication as a high-performance transmission filter for one Base station in a frequency band from 800 MHz (megahertz) to 1.5 GHz (Gigahertz) have been widely used. There is a filter for each channel needed. Usually becomes a machine used in which 16 filters for 16 channels are housed as a group. Each filter is for use cooled with air or water, because with an input power of ten watts or more, there is an insertion loss of has about 40%.
Eine Starkstromfiltereinrichtung
vom Verteilertyp, die für
den Sendeabschnitt der Basisstation eingesetzt wird, weist eine
in
In Anbetracht des Raumbedarfs und der Installationskosten wird in der Mobilkommunikation eine Antenne gewöhnlich gemeinsam genutzt. Aus diesem Grunde wird ein Verzweiger bzw. Verteiler benutzt. Der Verteiler vereinigt die Ausgänge mehrerer Bandfilter mit unterschiedlichen Durchlaßbandfrequenzen und eng benachbarten Resonanzfrequenzen zur gemeinsamen Nutzung einer Ausgangsübertragungsleitung. Der Verteiler nach dem Stand der Technik ist mit dem Ausgangsende eines Mikrowellenfilters verbunden, der einen Hohlraumresonator, einen dielektrischen Resonator oder dergleichen verwendet, und nutzt eine Koaxialleitung oder dergleichen.Considering the space requirement and The installation cost in mobile communication becomes an antenna usually together used. For this reason, a branch or distributor is used. The distributor combines the outputs several bandpass filters with different passband frequencies and closely adjacent resonance frequencies for sharing an output transmission line. The prior art distributor is at the exit end a microwave filter connected to a cavity, one dielectric resonator or the like, and uses one Coaxial line or the like.
In
Das Funktionsprinzip des Verteilers ist das folgende. Vom Mischpunkt aus gesehen, übernehmen die in Resonanz befindlichen Filter die Impedanzanpassung, und andere Resonatoren werden kurzgeschlossen. Wenn dementsprechend Ausgangssignale in einem Abstand von (2n + 1)λ/4 vom Ausgangsende des Filters gemischt werden, wird die Impedanz der Abzweigleitung im Nichtresonanzzustand am Mischpunkt unendlich. Wenn das Ausgangssignal die Abzweigleitung passiert, die sich in einem Abstand von (m + 1)λ/2 vom Mischpunkt befindet, verändert sich die Impedanz nicht. Infolgedessen entsteht kein Fehlanpassungsverlust, selbst wenn die Signalausgänge wieder in der gleichen Position zusammengeführt werden. Als Ergebnis können verlustarme Übertragungsleitungen gemeinsam genutzt werden. λ ist eine Wellenlänge bei der mittleren Resonanzfrequenz des Filters (elektrische Länge), und n und m sind 0 oder natürliche Zahlen.The principle of operation of the distributor is the following. Seen from the mixing point, those in resonance take over Filters the impedance match, and other resonators are shorted. Accordingly, when output signals are separated by (2n + 1) λ / 4 from Output end of the filter are mixed, the impedance of the Branch line in non-resonance state at the mixing point infinite. When the output signal passes through the branch line that is in a distance of (m + 1) λ / 2 from the mixing point the impedance does not. As a result, there is no mismatch loss, even if the signal outputs be brought together again in the same position. As a result, low loss transmission lines be shared. is λ a wavelength at the mean resonance frequency of the filter (electrical length), and n and m are 0 or natural Numbers.
Die Impedanz jedes Resonatorfilters, vom Mischpunkt des Koaxialkabels mit einer Länge von λ/4 aus gesehen, ist für die Frequenz eines Durchlaßbands gleich der charakteristischen Impedanz einer Ausgangsleitung und ist für andere Frequenzen wesentlich höher. Deshalb werden die Kennlinien anderer Filter kaum beeinflußt. Folglich können die Ausgangssignale der Resonatoren leicht zusammengeführt werden.The impedance of each resonator filter, seen from the mixing point of the coaxial cable with a length of λ / 4 is for the frequency of a pass band equal to the characteristic impedance of an output line and is for other frequencies much higher. Therefore, the characteristics of other filters are hardly affected. consequently can the output signals of the resonators are easily brought together.
In der Filtereinrichtung nach dem Stand der Technik sind dielektrische Resonatorfilter für die Anzahl der Kanäle in einer Gehäuseeinheit untergebracht, und Signale von den Filtern werden durch einen von Koaxialkabel-Abzweigleitungen gebildeten Verteiler zu einer Ausgangsleitung zusammengeführt. Infolgedessen vergrößert sich das Gerät.In the filter device after State of the art are dielectric resonator filters for the number of the channels in one housing unit housed, and signals from the filters are through one of Coaxial cable branch lines formed distributor to an output line merged. As a result, it increases the device.
In einer Hochleistungsfiltereinrichtung werden mehrere Filter vom flachen bzw. Planarschaltungstyp durch normalleitende Metallelektroden gebildet, die nicht durch den Verteiler integriert werden und die eine Koaxialleitungsstruktur nach dem Stand der Technik aufweisen und wegen eines niedrigen Q-Wertes und einer hohen Einfügungsdämpfung bei normaler Temperatur betrieben werden. Selbst wenn eine derartige Filtereinrichtung praktisch eingesetzt werden kann, sollte jedes Filter auf einem Abschirmungsgehäuse montiert und durch einen Steckverbinder mit dem Verteiler verbunden werden. Infolgedessen nimmt die Größe des Geräts zu, und an jedem Steckverbinder entsteht eine Steckerdämpfung.In a high-performance filter device, a plurality of filters of the flat or planar circuit type are formed by normally conductive metal electrodes which are not integrated by the distributor and which have a coaxial line structure according to the prior art and are operated at normal temperature because of a low Q value and a high insertion loss. Even if such a filter device is used in practice each filter should be mounted on a shield housing and connected to the distributor by a connector. As a result, the size of the device increases and connector attenuation occurs on each connector.
Ein Planarschaltungsfilter, das eine Filterelektrode mit einer kürzlich entwickelten supraleitenden Dünnschicht bildet, ist zwar durch einen hohen Q-Wert, einen niedrigen Verlust und eine hohe Ausgangsleistung charakterisiert, sollte aber auf eine tiefe Temperatur gekühlt werden, um im supraleitenden Zustand zu arbeiten. Herkömmlicherweise wird eine su praleitende Filtereinheit, die in einem Abschirmungsgehäuse untergebracht ist, am Kältekopf eines Kryostaten angebracht, um Beurteilungsexperimente im Labormaßstab auszuführen. Zum Beispiel wird das Abschirmungsgehäuse durch einen gängigen oberflächenmontierten (SMA-) Steckverbinder oder dergleichen mit einem halbstarren Kabel verbunden, und das andere Ende des halbstarren Kabels wird mit einem Steckverbinder verbunden, der an der Wand eines wärmeisolierenden Behälters angebracht ist, so daß das Signal des Filters ein- und ausgegeben wird. Es ist jedoch über kein Beispiel berichtet worden, in dem mehrere supraleitende Planarschaltungsfilter zum Aufbau des Hochleistungsfilters verwendet werden, wie z. B. für eine Mobilkommunikations-Basisstation oder dergleichen.A planar circuit filter, the one Filter electrode with a recent developed superconducting thin film is due to a high Q value, a low loss and characterized a high output but should be on cooled a low temperature to work in the superconducting state. traditionally, becomes a su praleit filter unit, which is housed in a shield housing is on the cold head of a cryostat to perform laboratory-scale assessment experiments. To the The shield housing is used as an example by a common surface-mounted (SMA) connectors or the like with a semi-rigid cable connected, and the other end of the semi-rigid cable is connected to one Connector connected to the wall of a heat insulating container is attached so that the Signal of the filter is input and output. However, it is about none Example has been reported in which several superconducting planar circuit filters used to build the high-performance filter, such as. B. for one Mobile communication base station or the like.
Eine Filtereinrichtung, in der mehrere dielektrische Resonatorfilter untergebracht sind, weist einen hohen Leistungsverlust auf. Eine Einfügungsdämpfung bei einer Frequenz von etwa 1,5 GHz beträgt zum Beispiel 2 bis 3 Dezibel (dB). Folglich muß die Filtereinrichtung in einem großen Gestell untergebracht werden, um mit Luft oder Wasser gekühlt zu werden. Die Abmessungen jedes Resonators betragen etwa 100 mm ∅ × 120 mm H. Der 16-Kanal-Filterabschnitt hat eine Breite von 25 Zentimeter (cm), eine Tiefe von 25 cm und eine Höhe von 1 Meter (m). Nimmt man den Raum hinzu, in dem eine Kühlanlage für Luft- oder Wasserkühlung enthalten ist, dann werden die Abmessungen der gesamten Filtereinrichtung noch mehr vergrößert. Außerdem ist der Leistungsbedarf für eine vorgegebene Sendeleistung so groß, daß die Filtereinrichtung unwirtschaftlich ist.A filter device in which several dielectric resonator filters are housed, has a high Performance loss on. An insertion loss at a frequency of about 1.5 GHz is, for example, 2 to 3 decibels (DB). Consequently, the Filter device in a large Rack to be cooled with air or water. The dimensions of each resonator are approximately 100 mm ∅ × 120 mm H. The 16-channel filter section is 25 centimeters wide (cm), a depth of 25 cm and a height of 1 meter (m). Taking the room in which a cooling system for air or water cooling is included, then the dimensions of the entire filter device magnified even more. Besides, is the power requirement for a predetermined transmission power so large that the filter device is uneconomical is.
Wenn sich infolge einer Temperaturänderung des Filters eine Resonanzfrequenz ändert, besteht die Möglichkeit, daß der Betrieb eines Mobilkommunikationssystems schwierig wird. Folglich ist die Temperaturstabilität eine notwendige Konstruktionseinschränkung für die Filtereinrichtung, die im allgemeinen die Kosten der Filtereinrichtung erhöht.If due to a change in temperature of the filter changes a resonance frequency, there is the possibility that the Operation of a mobile communication system becomes difficult. consequently is the temperature stability a necessary design restriction for the filter device, the generally increases the cost of the filter device.
Außerdem sollte an jedem Filter eine Kanalfrequenzeinstellungs-/Abstimmeinrichtung vorgesehen werden, wodurch sich die Kosten erhöhen.In addition, each filter should a channel frequency setting / tuning device can be provided, which increases the cost.
Ein halbstarres Kabel, ein Koaxialkabel für hohe Leistung oder dergleichen wird in Stücke von einigen cm Länge geschnitten, die für eine Abzweigleitung verwendet werden. Deshalb ist ein Verbindungsabschnitt schwer herzustellen. Der Fachmann muß die Verarbeitung, Messung und Einstellung von Hand ausführen. Aus diesem Grunde ist der Verteiler nachteilig für die Reproduzierbarkeit der Kennlinie, die Fertigung, die Kosten und dergleichen.A semi-rigid cable, a coaxial cable for high Power or the like is cut into pieces a few cm long, the for a branch line can be used. Therefore is a connecting section difficult to manufacture. The specialist must process, measure and carry out adjustment by hand. For this reason, the distributor is disadvantageous for the reproducibility of the Characteristic curve, the production, the costs and the like.
Falls Hochleistungs-Mikrowellen auf ein supraleitendes Filter nach dem Stand der Technik auftreffen und durch den Verteiler zusammengeführt bzw. gemischt werden, wobei ein Metall mit einer Temperatur in der Nähe der Normaltemperatur verwendet wird, wird die Temperatur eines supraleitenden Filterelements höher als die des Steckverbinderteils, da der Verteiler durch Leiterdämpfung Wärme entwickelt, so daß teilweise ein Übergang zum normalleitenden Zustand (Quench) verursacht wird. Infolgedessen wird der in den normalleitenden Zustand übergegangene Abschnitt sofort unterbrochen.If high-power microwaves occur a superconducting filter according to the prior art and are merged or mixed by the distributor, wherein a metal with a temperature close to normal temperature is used the temperature of a superconducting filter element becomes higher than that of the connector part, since the distributor develops heat through conductor damping, so that partially a transition to the normal conductive state (quench). Consequently the section transitioned to the normal conducting state becomes immediate interrupted.
Auch wenn der Verteiler durch ein Kabel mit kleinen Abmessungen gebildet wird, wie z. B. ein halbstarres Kabel, um die gesamte Filtereinheit zu kühlen, wird die Größe der Filtereinrichtung durch den kleinsten Biegeradius des halbstarren Kabels (nach unten) begrenzt und kann nicht verkleinert werden. Außerdem fließt ein Starkstrom zum Kabel und zum Filteranschlußteil, so daß die Temperatur der supraleitenden Dünnschicht infolge der durch die Kontaktwiderstandsdämpfung und die Leiterwiderstandsdämpfung entwickelten Jouleschen Wärme ansteigt. Dadurch vermindert sich der Wert der kritischen Stromstärke, so daß die maximale Ausgangsleistung begrenzt wird.Even if the distributor through a Cable with small dimensions is formed, such as. B. a semi-rigid Cable to cool the entire filter unit becomes the size of the filter device due to the smallest bending radius of the semi-rigid cable (downwards) limited and cannot be reduced. A heavy current also flows to the cable and to the filter connector, So that the Temperature of the superconducting thin film as a result of being developed by contact resistance loss and conductor resistance loss Joule heat increases. This reduces the value of the critical current, so that the maximum output power is limited.
Wenn der Verteiler unter Verwendung einer Koaxialleitung ausgebildet wird, vergrößern sich, wie oben beschrieben, die Abmessungen des Geräts, und eine von der Koaxialleitung zugeführte große Wärmemenge wird entfernt. Aus diesem Grunde werden die Abmessungen der Gesamteinrichtung einschließlich einer notwendigen großen Kältemaschine erheblich größer, und die Einrichtung wird teurer.If using the distributor a coaxial line is formed, as described above, the dimensions of the device, and a large amount of heat supplied from the coaxial line is removed. Out for this reason, the dimensions of the entire facility including one necessary large refrigeration machine considerably larger, and the facility is becoming more expensive.
In "Fabrication and Evaluation of Superconducting Devices" (Fertigung und Beurteilung von Supraleiterbauelementen) von R. Babbit et al., Microwave Journal 34 (1991), Nr. 4, S. 40–48, wird eine Einrichtung für Tieftemperaturbetrieb offenbart, die einen Abschirmungsgehäuseblock, einen wärmeisolierenden Behälter, in dem der Abschirmungsgehäuseblock untergebracht ist, und eine in dem wärmeisolierenden Behälter vorgesehene Kühlplatte aufweist. Der Abschirmungsgehäuseblock ist an der Kühlplatte befestigt.In "Fabrication and Evaluation of Superconducting Devices "(manufacturing and assessment of superconductor components) by R. Babbit et al., Microwave Journal 34 (1991), No. 4, pp. 40-48, becomes a facility for low temperature operation discloses a shield housing block, a heat insulating Container, in which the shield housing block is housed, and one provided in the heat insulating container cooling plate having. The shield housing block is attached to the cooling plate.
Zur Lösung der obigen Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Hochleistungsfiltereinrichtung bereitzustellen, die für eine Mobilkommunikations-Basisstation oder dergleichen eingesetzt wird und eine hervorragende Temperaturstabilität und Frequenzselektivität, eine niedrige Einfügungsdämpfung, geringe Abmessungen, einen niedrigen Leistungsbedarf und niedrige Kosten aufweist.There is a solution to the above problems Object of the present invention therein is a high-performance filter device to provide that for a Mobile communication base station or the like is used and excellent temperature stability and frequency selectivity, a low insertion loss, small size, low power and low Costs.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.The task is characterized by the characteristics of the To sayings solved.
Gemäß einer ersten Konstruktion weist eine Filtereinrichtung für Tieftemperaturbetrieb auf: einen Abschirmungsgehäuseblock mit Signaleingangs- und -ausgangsabschnitten und mehreren geschlossenen Räumen mit zwischen den Signaleingangs- und -ausgangsabschnitten angeschlossenen Filterelementen, einen wärmeisolierenden Behälter, in dem der Abschirmungsgehäuseblock untergebracht ist, und eine Kühlplatte, die in dem wärmeisolierenden Behälter vorgesehen ist, in dem der Abschirmungsgehäuseblock im Wärmekontaktzustand bzw. wärmeleitend an der Kühlplatte befestigt ist.According to a first construction has a filter device for Low temperature operation on: a shield housing block with signal input and - exit sections and several closed rooms with between the signal input and -Assembly sections connected filter elements, a heat insulating Container, in which the shield housing block and a cooling plate, provided in the heat insulating container in which the shield case block in thermal contact condition or heat conductive on the cooling plate is attached.
Bei einer derartigen Konstruktion sind mehrere Filterelemente in dem Abschirmungsgehäuseblock untergebracht, und der Abschirmungsgehäuseblock ist in dem wärmeisolierenden Behälter im Wärmekontaktzustand an der Kühlplatte befestigt. Infolgedessen können die Abmessungen der Gesamteinrichtung verkleinert werden, während eine Temperaturänderung jedes Filterelements auf ein Minimum geregelt werden kann. Selbst wenn eine Temperaturänderung verursacht wird, wird der Abstand der Resonanzfrequenzen der Filter nahezu konstant gehalten, solange das Filterelement die gleiche Temperaturkennlinie aufweist (eine solche Konstruktion kann leicht erzielt werden. Dementsprechend läßt sich die Frequenzstabilität verbessern, indem die bekannten Mittel zur Überwachung der Resonanzfrequenz des Filters angewandt werden, um die Temperatur der Kühlplatte zu regeln.With such a construction are several filter elements in the shield housing block housed, and the shield housing block is in the heat insulating container in thermal contact condition on the cooling plate attached. As a result, can the dimensions of the overall device are reduced while a temperature change each filter element can be regulated to a minimum. Self when a temperature change is caused by the distance of the resonant frequencies of the filters kept almost constant as long as the filter element is the same Has temperature characteristic (such a construction can easily be achieved. Accordingly, the frequency stability can be improved by the known means of surveillance the resonance frequency of the filter can be applied to the temperature the cooling plate to regulate.
Vorzugsweise weist der Abschirmungsgehäuseblock mehrere Signaleingangs- und -ausgangsabschnitte auf und wird durch mehrere Abschirmungsgehäuse mit mindestens einem geschlossenen Raum gebildet. Außerdem sind die Signaleingangs- und -ausgangsleitungen des Filterelements vorzugsweise über eine Verbindungsstelle auf dem Substrat des Filterelements oder über ein in das Substrat eingebettetes Verdrahtungselement mit den Signaleingangs- und -ausgangsabschnitten des Abschirmungsgehäuseblocks verbunden.The shield housing block preferably has several signal input and output sections and is by several shield housings formed with at least one enclosed space. Also are the signal input and output lines of the filter element preferably via a Connection point on the substrate of the filter element or via a wiring element embedded in the substrate with the signal input and output portions of the shield housing block connected.
Außerdem wird der geschlossene Raum zur Unterbringung des Filterelements im Vakuumzustand gehalten, so daß das Filterelement stabil gekühlt werden kann. Ferner wird der geschlossene Raum mit trockenem Helium, Neon oder einem Gemisch aus Helium und Neon gefüllt, so daß das Filterelement ohne Verflüssigung gleichmäßig auf eine Temperatur von etwa 30 Kelvin (K) gekühlt werden kann. Falls der geschlossene Raum mit trockenem Argon, Stickstoff, Sauerstoff oder einem Gemisch aus Argon, Stickstoff und Sauerstoff gefüllt wird, kann das Filterelement ohne Verflüssigung gleichmäßig auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff (77,3 K) gekühlt werden, die leicht erreicht werden kann.In addition, the closed Space for accommodating the filter element kept in a vacuum state, so that Filter element cooled stably can be. Furthermore, the closed room with dry helium, Neon or a mixture of helium and neon filled so that the filter element without liquefaction evenly a temperature of about 30 Kelvin (K) can be cooled. If the closed room with dry argon, nitrogen, or oxygen is filled with a mixture of argon, nitrogen and oxygen, the filter element can spread evenly without liquefaction the temperature of liquid Nitrogen (77.3 K) are cooled, that can be easily reached.
Vorzugsweise ist jedes Planarfilterelement nahezu parallel angeordnet, eine zylinderförmige Bohrung mit einer Achse, die nahezu parallel zur Fläche jedes Filterelements ist, durchdringt den Abschirmungsgehäuseblock, ein beweglicher Körper ist vorgesehen, wobei der bewegliche Körper einen Gewinde- oder Schraubenabschnitt aufweist, der in eine spiralförmige Nut eingeschraubt wird, die zumindest an einem Teil der inneren Umfangsfläche der Zylinderbohrung ausgebildet ist, und sich durch Drehung in der Axialrichtung der Zylinderbohrung bewegt, wobei der äußere Endabschnitt des beweglichen Körpers einen Abschnitt zur Übertragung einer äußeren Kraft aufweist, um die Drehkraft auf den beweglichen Körper zu übertragen, und wobei der innere Endabschnitt des beweglichen Körpers einen aus einem Leiter bestehenden Erdungsstab aufweist, der das Volumen (elektrische Volumen) des geschlossenen Raums verändert. Bei einer derartigen Konstruktion wird der entsprechend den Filterelementen vorgesehene bewegliche Körper außerhalb des Abschirmungsgehäuseblocks gedreht und in Axialrichtung verschoben, so daß die Resonanzfrequenz des Filterelements individuell eingestellt werden kann. Insbesondere läßt sich die Kennlinie während der Kühlung leicht feineinstellen. Ferner ist an der Spitze des Erdungsstabs eine dielektrische Schicht oder ein dielektrischer Block befestigt, so daß der einstellbare Frequenzbereich entsprechend der Dielektrizitätskonstante vergrößert werden kann.Each planar filter element is preferably almost arranged in parallel, a cylindrical bore with an axis, which are almost parallel to the surface each filter element penetrates the shield housing block, a mobile body is provided, the movable body being a threaded or screw portion has, which in a spiral Groove is screwed into at least part of the inner peripheral surface the cylinder bore is formed, and by rotation in the Axial direction of the cylinder bore moves, the outer end portion of the moving body a section for transmission an external force has to transmit the torque to the movable body, and wherein the inner End section of the movable body has an earth rod made of a conductor, which Volume (electrical volume) of the closed room changed. at Such a construction is the corresponding to the filter elements intended moving bodies outside of the shield case block rotated and shifted in the axial direction so that the resonance frequency of the Filter elements can be set individually. In particular let yourself the characteristic curve during the cooling easily fine-tune. Also at the top of the grounding bar attached a dielectric layer or a dielectric block, so that the adjustable frequency range according to the dielectric constant be enlarged can.
Stärker bevorzugt wird der Übertragungsabschnitt für eine äußere Kraft durch eine Antriebsvorrichtung an der Außenseite des wärmeisolierenden Behälters gedreht (stärker bevorzugt wird ein Stab mit einem niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten verwendet, um einen Wärmeisolierungseffekt zu erreichen). Infolgedessen kann die Kennlinie während des Tieftemperaturbetriebs präzise eingestellt werden.The transmission section is more preferred for an external force rotated by a drive device on the outside of the heat insulating container (stronger preferably a rod with a low heat transfer coefficient is used, a thermal insulation effect to reach). As a result, the characteristic curve during the Cryogenic operation precise can be set.
Vorzugsweise wird das Filterelement durch eine Dünnschichtelektrode gebildet, die auf einem dielektrischen Substrat aufgebracht ist. In diesem Fall läßt sich die Temperaturänderung der Kennlinie jedes Filterelements leicht erreichen, und die Abmessungen der Einrichtung können besser verkleinert werden. Ferner besteht die Dünnschichtelektrode aus einem supraleitenden Material, insbesondere aus einem Oxid-Hochtemperatursupraleitermaterial, so daß man leicht ein Filterelement mit einem hohen Q-Wert erhalten kann. Außerdem kann eine hohe kritische Stromdichte erreicht werden, so daß ein kleinformatiges Filter mit einer Leistung von einigen -zig Watt bei einer Frequenz im 2 GHz-Band implementiert werden kann.Preferably the filter element through a thin film electrode formed, which is applied to a dielectric substrate. In this case, the temperature change easily reach the characteristic of each filter element, and the dimensions the facility can be made smaller. Furthermore, the thin film electrode consists of a superconducting material, in particular from an oxide high-temperature superconductor material, so that he can easily obtain a filter element with a high Q value. Besides, can a high critical current density can be achieved, so that a small format Filters with an output of a few tens of watts at a frequency can be implemented in the 2 GHz band.
Außerdem wird das Innere des wärmeisolierenden Behälters im Vakuumzustand gehalten, und die Kühlplatte wird mit einem Wärmeübertragungsabschnitt verbunden, um die Wärme des Abschirmungsgehäuseblocks aus dem wärmeisolierenden Behälter nach außen abzuführen, so daß das Filterelement durch die Kühlplatte stabil gekühlt werden kann. In den wärmeisolierenden Behälter kann zur Kühlung der Kühlplatte und des Abschirmungsgehäuseblocks ein Kühlmittel eingefüllt werden. Bei einer solchen Konstruktion kann die Kühlung leicht und mit niedrigen Kosten ausgeführt werden.In addition, the inside of the heat insulating container is kept in a vacuum state, and the cooling plate is connected to a heat transfer section to dissipate the heat of the shield case block from the heat insulating container to the outside, so that the filter element can be stably cooled by the cooling plate. A coolant can be filled into the heat-insulating container to cool the cooling plate and the shield housing block. With egg In such a construction, cooling can be carried out easily and at low cost.
Gemäß einer zweiten Konstruktion der vorliegenden Erfindung ist das Filterelement, das die Filtereinrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterelektrode, die aus einer supraleitenden Dünnschicht besteht, und eine mit dem Ausgangsende der Filterelektrode verbundene Dünnschichtkoppelleitung mit einer Länge von (2m + 1) λ/4 (wobei m = 0 oder eine natürliche Zahl und λ eine Signalwellenlänge ist) auf der gleichen Ebene ausgebildet sind, daß ein Filterkoppelleitungsblock, der von zwei Masseelektroden über ein Dielektrikum gehalten wird, zu einem Filterblock geschichtet ist, daß die anderen Enden der Dünnschichtkoppelleitungen des Filterkoppelleitungsblocks durch eine leitfähige Verbindungseinrichtung verbunden sind, die sich in Laminationsrichtung erstreckt, um einen Kopplungsabschnitt zu bilden, und daß eine Ausgangskoppelleitung mit der gleichen charakteristischen Impedanz wie derjenigen der Dünnschichtkoppelleitung an den Kopplungsabschnitt angeschlossen ist.According to a second construction The present invention is the filter element that the filter device forms, characterized in that a filter electrode, the from a superconducting thin film exists, and one connected to the output end of the filter electrode Thin film coupling line with a length from (2m + 1) λ / 4 (where m = 0 or a natural Number and λ one Signal wavelength is formed on the same level that a filter coupling line block, that of two ground electrodes above a dielectric is held, layered to a filter block is that the other ends of the thin-film coupling lines the filter coupling line block by a conductive connection device connected, which extends in the lamination direction by one Form coupling section, and that an output coupling line with the same characteristic impedance as that of the Thin film coupling line is connected to the coupling section.
Bei einer derartigen Konstruktion sind die aus einer supraleitenden Dünnschicht bestehende Filterelektrode und die an ihrem Ausgangsende angeschlossene Dünnschichtkoppelleitung auf der gleichen Ebene ausgebildet, um einen Filterkoppelleitungsblock zu bilden, der durch das Dielektrikum von zwei vertikalen Masseelektroden gehalten wird. Infolgedessen kann ein kleinformatiges Filter mit hohem Q-Wert und niedrigem Verlust mit der Koppelleitung integriert werden. Die Fertigungsschritte des Filters sind standardisiert, und die Feineinstellung der Frequenzkennlinie ist standardisiert, so daß die Arbeitsstunden für die Fertigung und weitere Kosten gesenkt werden können.With such a construction are the filter electrode consisting of a superconducting thin film and the thin-film coupling line connected at its output end the same level is formed around a filter coupling line block to form by the dielectric of two vertical ground electrodes is held. As a result, a small format filter can be used high Q value and low loss integrated with the coupling line become. The manufacturing steps of the filter are standardized, and the fine adjustment of the frequency characteristic is standardized, So that the Working hours for manufacturing and other costs can be reduced.
Durch Laminieren der Filterkoppelleitungsblöcke zur Bildung des Filterblocks wird die Kopplung zwischen den Filterkoppelleitungsblöcken durch die Masseelektrode vermieden, und die Abmessungen der Gesamteinrichtung können verkleinert werden. Ferner sind die anderen Enden der Dünnschichtkoppelleitungen mit einer Länge von (2m + 1)λ/4 des Filterkoppelleitungsblocks durch eine leitfähige Verbindungseinrichtung verbunden, die sich in Laminationsrichtung erstreckt, d. h. durch ein Kontaktloch (eine Durchgangsbohrung), um einen Kopplungsabschnitt zu bilden. Die Ausgangskoppelleitung, welche die gleiche charakteristische Impedanz wie die Dünnschichtkoppelleitung aufweist, ist mit dem Kopplungsabschnitt verbunden, so daß mehrere Filter durch eine Dünnschichtlaminatstruktur vereinigt werden können.By laminating the filter coupling line blocks to Formation of the filter block is achieved by the coupling between the filter coupling line blocks avoided the ground electrode, and the dimensions of the overall device can be made smaller. Furthermore, the other ends of the thin-film coupling lines with a length from (2m + 1) λ / 4 the filter coupling line block by a conductive connection device connected, which extends in the lamination direction, d. H. by a contact hole (a through hole) around a coupling portion to build. The output coupling line, which is the same characteristic Impedance like the thin-film coupling line has, is connected to the coupling section, so that several Filters through a thin-film laminate structure can be united.
Vorzugsweise wird die aus der supraleitenden Dünnschicht bestehende Filterelektrode durch eine supraleitende Oxid-Dünnschicht gebildet. In diesem Fall ist eine Kühlung leicht ausführbar, da die Betriebstemperatur annähernd auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff eingestellt werden kann. Stärker bevorzugt ist auch dann, wenn in der supraleitenden Oxid-Dünnschicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit durch Verwendung der supraleitenden Elektrode mit einer auf der supraleitenden Oxid-Dünnschicht ausgebildeten metallischen Dünnschicht ein teilweiser Quench auftritt (d. h. ein Verlust der Supraleitungseigenschaften), der Nebenschluß über die metallische Dünnschicht vorhanden, so daß das Verbrennen der supraleitenden Oxid-Dünnschicht verhindert werden kann.Preferably, the superconducting thin existing filter electrode through a superconducting oxide thin layer educated. In this case, cooling is easy to do because the operating temperature approximately to the temperature of liquid Nitrogen can be adjusted. Even more preferred is if in the superconducting oxide thin film with low thermal conductivity by using the superconducting electrode with one on the superconducting oxide thin film trained metallic thin film a partial quench occurs (i.e. a loss of superconducting properties), the shunt over the metallic thin present so that Burning of the superconducting oxide thin film can be prevented can.
Um die Ausgänge der Mehrkanalfilter hierarchisch zusammenzuführen und einen Ausgang ähnlich einem Verteiler nach dem Stand der Technik zu erhalten, wird der Filterblock vorzugsweise in mehrere Gruppen unterteilt, die aus mehreren Filterkoppelleitungsblöcken bestehen; die anderen Enden der Dünnschichtkoppelleitungen werden durch eine erste leitfähige Verbindungseinrichtung verbunden, die sich in Laminationsrichtung erstreckt, um einen ersten Koppelabschnitt für jede Gruppe zu bilden; eine erste Ausgangskoppelleitung mit einer Länge von nλ/2 (n ist eine natürliche Zahl und λ ist eine Signalwellenlänge), deren charakteristische Impedanz gleich derjenigen der Dünnschichtkoppelleitung ist, wird an den ersten Kopplungsabschnitt angeschlossen, die anderen Enden der ersten Ausgangskoppelleitungen jeder Gruppe werden durch eine zweite leitfähige Verbindungseinrichtung verbunden, die sich in Laminati onsrichtung erstreckt, um einen zweiten Kopplungsabschnitt zu bilden, und an den zweiten Kopplungsabschnitt wird eine zweite Ausgangskoppelleitung mit der gleichen charakteristischen Impedanz wie derjenigen der ersten Ausgangskoppelleitung angeschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, eine sehr kleinformatige Filtereinrichtung mit niedrigem Verlust, hohem Q-Wert und dünner Schichtstruktur zu implementieren, in der die Filterschaltung und der Verteiler gemäß dem Stand der Technik integriert sind.Hierarchically around the outputs of the multi-channel filters merge and an exit similar to obtain a distributor according to the prior art, the Filter block preferably divided into several groups consisting of several filter coupling line blocks consist; the other ends of the thin film coupling lines through a first conductive Connection device connected, which is in the direction of lamination extended to form a first coupling section for each group; a first Output coupling line with a length of nλ / 2 (n is a natural number and λ is a signal wavelength), whose characteristic impedance is equal to that of the thin-film coupling line is connected to the first coupling section, the others Ends of the first output coupling lines of each group are through a second conductive Connection device connected, which is in the direction of lamination extends to form a second coupling portion, and on the second coupling section becomes a second output coupling line with the same characteristic impedance as that of the first output coupling line connected. That way it possible a very small format filter device with low loss, high Q value and thin layer structure to implement in the the filter circuit and the distributor according to the status of technology are integrated.
Stärker bevorzugt unterscheiden sich entweder die Dielektrizitätskonstante oder die Dicke des Dielektrikums, das die Ausgangskoppelleitung einschließt, oder beide Größen von denjenigen des Filterblocks, so daß die Breite der Ausgangskoppelleitung unter Beibehaltung einer vorgegebenen charakteristischen Impedanz vergrößert wird. Infolgedessen kann eine Erhöhung der Stromdichte beim Zusammenführen der Signale vermindert werden, so daß die Leistung der gesamten supraleitenden Filtereinrichtung erhöht werden kann.Differentiate more preferred either the dielectric constant or the thickness of the dielectric that is the output coupling line includes, or both sizes of that of the filter block, so that the width of the output coupling line while maintaining a predetermined characteristic impedance is enlarged. As a result, an increase the current density when merging of the signals are reduced so that the performance of the entire superconducting filter device can be increased.
Gemäß einer dritten Konstruktion der vorliegenden Erfindung ist die Filtereinrichtung für Tieftemperaturbetrieb dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement, welches die Filtereinrichtung bildet, eine Konstruktion aufweist, in der ein supraleitendes Filter, das aus einer auf ein Trägermaterial A aufgebrachten supraleitenden Dünnschicht besteht, mit einem Verteiler verbunden wird, der aus einem auf ein Trägermaterial B aufgebrachten Dünnschichtleiter besteht; daß eine leitfähige Übertragungsleitung, die den Verteiler bildet, die gleiche charakteristische Impedanz wie eine Übertragungsleitung aufweist, die das supraleitende Filter bildet, und daß die Querschnittsfläche der Übertragungsleitung, die den Verteiler bildet, größer ist als die Leiterquerschnittsfläche der Übertragungsleitung, die das supraleitende Filter bildet.According to a third construction of the present invention, the filter device for low-temperature operation is characterized in that the filter element which forms the filter device has a construction in which a superconducting filter, which consists of a superconducting thin layer applied to a carrier material A, is connected to a distributor which consists of a thin-film conductor applied to a carrier material B; that a conductive transmission line that forms the distributor has the same characteristic Im has such a transmission line that forms the superconducting filter, and that the cross-sectional area of the transmission line that forms the distributor is larger than the conductor cross-sectional area of the transmission line that forms the superconducting filter.
Gemäß der obigen Konstruktion kann eine supraleitende Hochleistungs-Filtereinrichtung implementiert werden, die das supraleitende Filter und den Verteiler einschließt. Genauer gesagt, die Übertragungsleitung, die den Verteiler bildet, ist größer als die das Filter bildende Übertragungsleitung, die auf einem anderen Trägermaterial aufgebracht ist, so daß der Übertragungsleiter eine größere Querschnittsfläche aufweist. Insbesondere ist das Trägermaterial des Verteilers dicker als das des Filters, und die Dielektrizitätskonstante des Verteilerträgermaterials wird niedriger festgelegt als diejenige des Filterträgermaterials, um die Übertragungsleitung zu vergrößern, so daß die Querschnittsfläche des Übertragungsleiters vergrößert wird. Bei einem Verteiler vom Dünnschichttyp, bei dem die Querschnittsfläche des Übertragungsleiters durch Vergrößern der Übertragungsleitung vergrößert wird, kann im Falle der Verwendung eines Metalls als Dünnschichtleiter eine Wärmeentwicklung verhindert werden. Ferner kann bei Verwendung eines Supraleiters als Dünnschichtleiter ein Stromfluß verhindert werden, der eine kritische Stromstärke übersteigt. Vorzugsweise wird der Dünnschichtleiter durch den Oxid-Supraleiter, ein Metall oder durch eine Schichtstruktur aus Oxid-Supraleiter und Metall gebildet, so daß eine höhere Leistung genutzt werden kann.According to the above construction implemented a high-performance superconducting filter device which includes the superconducting filter and the distributor. More accurate said the transmission line, that forms the distributor is larger than that transmission line forming the filter, that on a different substrate is applied so that the transmission conductor has a larger cross-sectional area. In particular, the carrier material of the distributor thicker than that of the filter, and the dielectric constant of the distribution carrier material is set lower than that of the filter support material, around the transmission line to enlarge so that the Cross sectional area of the transmission conductor is enlarged. In a thin film type distributor, where the cross-sectional area of the transmission conductor by enlarging the transmission line is enlarged, If a metal is used as a thin-film conductor, heat can develop be prevented. Furthermore, when using a superconductor as a thin film conductor prevents current flow that exceeds a critical current. Preferably the thin film conductor through the oxide superconductor, a metal or through a layer structure of oxide superconductor and metal formed so that a higher performance can be used.
Gemäß einer vierten Konstruktion der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung für Tieftemperaturbetrieb weist das Filterelement eine Struktur auf, in der ein Filteraggregat, das durch mehrere Planarschaltungsfilter gebildet wird, die aus einer supraleitenden Dünnschicht-Filterelektrode bestehen, durch mehrere Verbindungsanschlüsse mit einem Verteiler verbunden wird, der durch eine auf einem Substrat aufgebrachte Abzweigleitung gebildet wird, wobei das Filteraggregat so befestigt wird, daß es mit der gemeinsamen Kühlfläche in Kontakt kommt, und wobei der Verteiler so angeordnet ist, daß eine Ebene, die den Verteiler einschließt, die Fläche jedes Planarschaltungsfilters schneidet, wobei jeder Verbindungsanschluß einen Verbindungsleiter aufweist, der an einem Ende eine zur Fläche des Planarschaltungsfilters parallele erste Kontaktfläche und am anderen Ende eine zur Fläche des Verteilers parallele zweite Kontaktfläche aufweist.According to a fourth construction the filter device according to the invention for low temperature operation the filter element has a structure in which a filter unit, which is formed by several planar circuit filters that are made up of a superconducting thin-film filter electrode exist, connected to a distributor by several connection connections through a branch line attached to a substrate is formed, wherein the filter unit is attached so that it with the common cooling surface in contact comes, and wherein the distributor is arranged so that a level that includes the distributor, the area each planar circuit filter intersects, each connection terminal one Connecting conductor, which at one end to the surface of the Planar circuit filter parallel first contact surface and at the other end one to the surface of the distributor has a parallel second contact surface.
Gemäß einer solchen Konstruktion ist es möglich, eine kleinformatige Filtereinrichtung mit niedrigem Verlust, hoher Leistung und hohem Q-Wert zu implementieren, in der Filter in drei Dimensionen vorgesehen sind. Ferner ist die Temperaturschwankung unter den Filtern gering, was zur Stabilität der Kennlinie beiträgt. Jedes Planarschaltungsfilter schneidet eine ebene bzw. Planare Verteilereinheit, vorzugsweise stehen diese nahezu senkrecht zueinander, und ihre Verbindung erfolgt durch einen Verbindungsleiter (Verbindungsanschluß) mit ersten und zweiten Kontaktflächen an beiden Enden. Infolgedessen kann die Struktur mit dreidimensionaler Anordnung zur Verkleinerung der Abmessungen mit der Kontinuität der Impedanz des Verbindungsabschnitts (der Verminderung eines Jouleschen Verlusts, der durch einen Kontaktwiderstand, einen Leiterverlust und dergleichen entsteht) vereinbar sein.According to such a construction Is it possible, a small-sized filter device with low loss, high Implement performance and high Q value in the filter in three Dimensions are provided. Furthermore, the temperature fluctuation low under the filters, which contributes to the stability of the characteristic. each Planar circuit filter cuts a flat or planar distribution unit, preferably they are almost perpendicular to each other and their connection takes place through a connecting conductor (connection terminal) with first and second contact areas at both ends. As a result, the structure can be three-dimensional Arrangement for reducing the dimensions with the continuity of the impedance the connecting section (the reduction of a Joule loss, by contact resistance, conductor loss and the like arises) be compatible.
Die erste Kontaktfläche ist parallel zur Fläche des Planarschaltungsfilters, und die zweite Kontaktfläche ist parallel zur Fläche der Verteilereinheit. Infolgedessen können die Filterelektrode des Planarschaltungsfilters und die erste Kontaktfläche sowie die Abzweigleitung der Verteilereinheit und die zweite Kontaktfläche miteinander in Kontakt kommen, so daß die Kontinuität der Impedanz am Verbindungsabschnitt erreicht werden kann.The first contact area is parallel to the surface of the Planar circuit filter, and the second contact area is parallel to the surface the distribution unit. As a result, the filter electrode of the Planar circuit filter and the first contact surface and the branch line the distribution unit and the second contact surface in contact with one another come so that continuity the impedance at the connection section can be achieved.
Außerdem wird zwischen der ersten Kontaktfläche und der Filterelektrode jedes Planarschaltungsfilters und/oder zwischen der zweiten Kontaktfläche und der Abzweigleitung des Verteilers vorzugsweise ein leitfähiges Material vorgesehen, wie z. B. ein Metall, ein Supraleiter oder ein leitfähiges Harz. Infolgedessen kann der Kontaktwiderstand an jedem Verbindungsabschnitt stärker reduziert werden, und die Stabilität der elektrischen Kennlinien jedes Verbindungsabschnitts kann für die durch Kühlung verursachte Temperaturänderung verbessert werden.In addition, between the first contact area and the filter electrode of each planar circuit filter and / or between the second contact surface and the branch line of the distributor preferably a conductive material provided such. B. a metal, a superconductor or a conductive resin. As a result, the contact resistance at each connection section stronger be reduced, and the stability of the electrical characteristics each connection section can be used for those caused by cooling temperature change be improved.
Gemäß einer fünften Konstruktion der erfindungsgemäßen Filtereineinrichtung
für Tieftemperaturbetrieb
weist ein in jedem Filterelement enthaltener, in
Bei einer solchen Struktur kann der
Verteiler auf der Ebene ausgebildet werden, indem eine gleichschenklige
Dreieckstruktur zum Zusammenführen
der Filterausgangsverbindungsabschnitte
Gemäß der fünften Konstruktion sind die
Filterausgangsverbindungsabschnitte
Der Verteiler weist mindestens eine fächerförmige Struktur auf, in der mindestens zwei Filterausgangsverbindungsabschnitte bogenförmig angeordnet sind und die Mittelpunkte des Bogens durch eine gerade Abzweigleitung in Form einer auf einem Trägermaterial aufgebrachten Dünnschicht und mit einer Länge von (2n + 1)/λ/4 verbunden sind, deren charakteristische Impedanz die gleiche ist (wobei λ eine Wellenlänge bei der mittleren Resonanzfrequenz eines Filters und n gleich 0 oder eine natürliche Zahl ist).The distributor has at least one fan-shaped structure in which at least two filter output connection sections arc are arranged and the centers of the arc through a straight line Branch line in the form of a thin layer applied to a carrier material and with a length from (2n + 1) / λ / 4 whose characteristic impedance is the same (where λ is a wavelength at the average resonance frequency of a filter and n equals 0 or a natural one Number is).
Gemäß einer solchen Konstruktion sind die Filterausgangsverbindungsabschnitte bogenförmig angeordnet, und die Mischpunkte sind die Mittelpunkte der Bögen, so daß die Filterausgangsverbindungsabschnitte in gleichen Abständen von den Mischpunkten angeordnet sind, um die fächerförmige Struktur zu bilden. Außerdem können viele Filterausgangsverbindungsabschnitte gleichzeitig zu einem Mischpunkt zusammengeführt werden. Die Übertragungsleitungen von gleicher Breite, die auf einem Trägermaterial ausgebildet sind, das gleichmäßig ist und keine Schichtdickenverteilung aufweist, haben die gleiche charakteristische Impedanz und die gleiche Phasenkonstante. Infolgedessen ist eine reale Länge proportional zu einer elektrischen Länge. Dementsprechend können durch Verwendung der fächerförmigen Struktur die Koppelleitungen mit einer elektrischen Länge von (2n + 1)/λ auf der gleichen Ebene ausgebildet werden. Folglich kann ein kleinformatiger Verteiler vom Dünnschichttyp mit hoher Leistung (niedrigem Verlust) implementiert werden. Außerdem kann zwischen den Filterausgangsverbindungsabschnitten ein ausreichender Abstand eingehalten werden, so daß ein Filter auf dem gleichen Trägermaterial wie der Verteiler ausgebildet werden kann.According to such a construction the filter outlet connection sections are arranged in an arc shape, and the mixing points are the centers of the arcs so that the filter output connection sections at equal intervals are arranged from the mixing points to form the fan-shaped structure. In addition, many can Filter output connection sections simultaneously to a mix point together become. The transmission lines of the same width, which are formed on a carrier material, that is even and has no layer thickness distribution, have the same characteristic Impedance and the same phase constant. As a result, one real length proportional to an electrical length. Accordingly, by Using the fan-shaped structure the coupling lines with an electrical length of (2n + 1) / λ on the be trained on the same level. Consequently, a small format Thin film type distributor be implemented with high performance (low loss). Besides, can a sufficient one between the filter output connection sections Distance to be maintained, so that a filter on the same support material how the distributor can be designed.
Vorzugsweise weist der Verteiler mindestens eine der Strukturen auf, in denen mindestens zwei fächerförmige Strukturen auf der gleichen Ebene vorgesehen sind, wobei die Bogenmittelpunkte durch Abzweigleitungen von gleicher charakteri stischer Impedanz verbunden sind, welche die Form einer auf einem Trägermaterial aufgebrachten Dünnschicht und eine Länge von (m + 1)/λ/2 aufweisen (wobei m gleich 0 oder natürliche Zahl ist).The distributor preferably has at least one of the structures in which at least two fan-shaped structures are provided on the same plane, with the arc centers by branch lines of the same characteristic impedance which are in the form of a on a carrier material applied thin film and a length from (m + 1) / λ / 2 have (where m is 0 or a natural number).
Gemäß der Struktur des Verteilers wird im Fall der Verwendung von LaAlO3, SrTiO3, LaGaO3, NdGaO3 und dergleichen als Trägermaterial die Fehlanpassung einer Gitterkonstante zwischen dem Trägermaterial und der Abzweigleitung (dem Oxid-Supraleiter) vermindert, so daß die Kristalleigenschaften der Abzweigleitung (Oxid-Supraleiter) verbessert werden können. Als Ergebnis können eine kritische Temperatur und eine kritische Stromdichte so verbessert werden, daß die Leistung einer Kältemaschine reduziert werden kann. Außerdem können Hochleistungs-Mikrowellen benutzt werden. Durch Ausbildung der Abzweigleitung zusammen mit der Schichtstruktur aus dem Oxid-Supraleiter und dem Metall kann auch dann, wenn der Supraleiter wegen Ausfalls der Kältemaschine seine Supraleitfähigkeit verliert, die Übertragung durch das Metall sichergestellt werden. Infolgedessen gehen die Funktionen nicht völlig verloren, so daß die Stabilität des Verteilers verbessert werden kann.According to the structure of the distributor, in the case of using LaAlO 3 , SrTiO 3 , LaGaO 3 , NdGaO 3 and the like as the carrier material, the mismatch of a lattice constant between the carrier material and the branch line (the oxide superconductor) is reduced, so that the crystal properties of the branch line (Oxide superconductor) can be improved. As a result, a critical temperature and a critical current density can be improved so that the performance of a refrigerator can be reduced. High power microwaves can also be used. By forming the branch line together with the layer structure of the oxide superconductor and the metal, the transmission through the metal can be ensured even if the superconductor loses its superconductivity due to failure of the refrigerator. As a result, the functions are not completely lost, so that the stability of the distributor can be improved.
Wie oben beschrieben, bietet die vorliegende Erfindung eine kleinformatige Einrichtung für Tieftemperaturbetrieb mit niedrigem Verlust und hoher Leistung, die eine hervorragende Temperaturstabilität und Frequenzcharakteristik aufweist. Insbesondere wird ein kleinformatiges Filterelement mit niedrigem Verlust, hohem Q-Wert und hoher Leistung bereitgestellt, in dem ein Resonatorfilter und ein Abschnitt, der einem Verteiler entspricht, unter Verwendung eines supraleitenden Materials durch Dünnschichttechnologie integriert sind, so daß die Verkleinerung der Abmessungen und die Leistung noch weiter verbessert werden können. Ferner werden mehrere Planarschaltungsfilter, in denen jede Filterelektrode aus einem supraleitenden Dünnschichtmaterial besteht, und eine Verteilereinheit in drei Dimensionen angeordnet, so daß eine kleinformatige Filtereinrichtung für Tieftemperaturbetrieb mit niedrigem Verlust und hervorragender Kühlleistung implementiert werden kann.As described above, the present invention a small-sized device for low-temperature operation with low loss and high performance, which is excellent temperature stability and has frequency characteristics. In particular, a small format Filter element with low loss, high Q value and high performance provided in which a resonator filter and a section that corresponds to a distributor, using a superconducting Materials through thin film technology are integrated so that the Size reduction and performance improved even further can be. Furthermore, several planar circuit filters, in which each filter electrode consists of a superconducting thin-film material, and a distribution unit arranged in three dimensions, so that a small format Filter device for Low temperature operation with low loss and excellent cooling performance can be implemented.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.Below are preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings described.
Der wärmeleitende Abschnitt
Vier Signaleingangsabschnitte
Gemäß dem vorliegenden Beispiel
sind vier Filterelemente in dem Abschirmungsgehäuseblock
Der Abschirmungsgehäuseblock
Der geschlossene Raum des Abschirmungsgehäuseblocks
Wie in
Wie in
Ein zylinderförmiger Abschnitt mit größerem Durchmesser
als dem des Schraubenabschnitts
Der äußere Kraftübertragungsabschnitt
Ein Drehmechanismus, der mit dem äußeren Kraftübertragungsabschnitt
Zur bequemen Montage wird das zylinderförmige Element
Der dielektrische Block
Das Filterelement
Als weiteres Beispiel wird Lanthanaluminat (LaAlO3, Gitterkonstante: a-Achse 5,365 Å, c-Achse 13,11 Å, Dielektrizitätskonstante:
etwa 24) als Material des dielektrischen Substrats
Weiter oben ist zwar das Beispiel beschrieben worden, in dem ein Filter vom Streifenleitungstyp und ein rundes Filter als Dünnschichtfilter eingesetzt werden, aber die gleichen Effekte können auch bei Verwendung von anderen Dünnschichtfiltern erzielt werden, wie z. B. eines Koplanarfilters.The example above is true in which a strip line type filter and a round filter as a thin film filter can be used, but the same effects can also be used when using other thin film filters can be achieved such. B. a coplanar filter.
Die Abmessungen des Abschirmungsgehäuseblocks
Oben ist zwar ein Beispiel beschrieben worden, in dem die Tieftemperatur-Filtereinrichtung vier Filterelemente im Abschirmungsgehäuseblock aufweist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel ist im Umfang der vorliegenden Erfindung eine Filtereinrichtung für Tieftemperaturbetrieb enthalten, in der mehrere Filter und Verteiler in einem weiter unten zu beschreibenden Abschirmungsgehäuseblock eingebaut sind.An example is described above in which the low-temperature filter device has four filter elements in the shield housing block , but the present invention is not limited to this. To the An example is a filter device within the scope of the present invention for low temperature operation included in the multiple filters and distributors in one below shield housing block to be described are installed.
Im obigen Beispiel ist zwar als supraleitende Dünnschicht
die Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschicht der Thallium-2212-Phase
verwendet worden, aber es können
auch andere Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschichten mit den gleichen Funktionen
verwendet werden. Obwohl im obigen Beispiel der Dünnschichtresonator
verwendet wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Ein
dielektrischer Resonator kann in dem geschlossenen Raum
Nachstehend wird eine Filtereinrichtung
für Tieftemperaturbetrieb
nach einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben,
in der Filterelemente integriert sind.
Wie in
Entsprechend können auf den anderen drei Schichten
Filterkoppelleitungsblöcke
Gemäß dem vorliegenden Beispiel
sind die Filterelemente in zwei Gruppen mit je zwei Filterkoppelleitungsblöcken unterteilt
(
Außerdem sind die anderen Enden
der ersten Ausgangskoppelleitungen
Gemäß der obigen Konstruktion sind
ein Filterblock und ein Element, das einem Verteiler entspricht,
zu einem Filterelement mit der Struktur einer supraleitenden Elektrode
integriert. Der Filterblock wird durch Laminieren mehrerer Filterkoppelleitungsblöcke mit
einer supraleitenden Filterelektrode und einer Dünnschichtkoppelleitung gebildet.
Das Element, das dem Verteiler entspricht, wird durch hierarchischen
Anschluß der
Ausgangskoppelleitungen gebildet. Die Masseelektrode
Unter Bezugnahme auf die Draufsicht (Schnittansicht
A-A) von
Die supraleitende Filterelektrode
Die Ausgangsleitung
Gemäß dem obigen Beispiel weist
das Filterelement eine Struktur auf, in der ein Filterblock, der sich
aus vier Filterkoppelleitungsblöcken
zusammensetzt, in zwei Gruppen unterteilt ist, wobei jede Gruppe
zwei Filterkoppelleitungsblöcke
aufweist und die Ausgänge
der vier supraleitenden Filterelektroden durch die Dünnschichtkoppelleitung
und die ersten und zweiten Ausgangskoppelleitungen stufenweise zusammengeführt werden
und dann eine der Ausgangsleitungen
Nachstehend wird ein Beispiel eines
Fertigungsverfahrens für
ein Filterelement gemäß dem obigen
Beispiel beschrieben. In diesem Beispiel wird ein Oxid-Hochtemperatursupraleitermaterial
als supraleitendes Elektrodenmaterial eingesetzt, und zwei dielektrische
Substrate werden als Dielektrikum
Die Struktur der supraleitenden Filterelektrode
des Filterkoppelleitungsblocks ist so ausgelegt, daß sie Durchlaßbandfrequenzen
aufweist, die sich ein wenig voneinander unterscheiden. Die Filterkoppelleitungsblöcke
Auf der Oberfläche eines weiteren dielektrischen Substrats wird eine Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschicht aufgebracht, um eine Masseelektrode zu bilden. Die Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschicht mit dem durchgehenden Kontaktloch wird durch Ar-Ionenstrahlätzen bearbeitet. Eine etwas größere Bohrung wird so ausgebildet, daß sie eine klei nere erdfreie elektrostatische Kapazität aufweist. Ferner wird eine Durchgangsbohrung mit einer Abmessung, deren charakteristische Impedanz derjenigen der Dünnschichtkoppelleitung nahe kommt, durch Bearbeitung mit einer Kohlendioxidgaslaser-Bearbeitungsmaschine auf dem dielektrischen Substrat, auf dem die supraleitende Dünnschichtelektrode des Filters ausgebildet ist, und einem Abschnitt des dielektrischen Substrats angebracht, der die Masseelektrode mit dem durchgehenden Kontaktloch aufweist.An oxide high temperature superconductor thin film is deposited on the surface of another dielectric substrate to form a ground electrode. The oxide high-temperature superconductor thin film with the through hole is processed by Ar ion beam etching. A slightly larger hole is formed so that it has a smaller floating electrostatic capacity has. Further, a through hole having a dimension whose characteristic impedance is close to that of the thin film coupling line is made by machining with a carbon dioxide gas laser processing machine on the dielectric substrate on which the superconducting thin film electrode of the filter is formed and a portion of the dielectric substrate which is the ground electrode with the through hole.
Das Substrat für die Ausbildung der Filterelektrode
des Filterkoppelleitungsblocks und das Substrat für die Ausbildung
der Masseelektrode werden in der Richtung miteinander verklebt,
die eine in
Die verklebten Substrate werden nochmals unterteilt.
Ein normalleitendes Metall, wie z. B. Cr/Au, Cu oder Ag, wird als
Dünnschicht
auf dem Kontaktlochabschnitt ausgebildet. Nach einem anderen Verfahren
kann eine supraleitende Dünnschicht
in dem Kontaktloch ausgebildet werden oder das Kontaktloch kann
mit einer leitfähigen
Paste, einem leitfähigen
Harz oder dergleichen gefüllt
werden. Ferner kann ein Leiter, wie z. B. ein Metall oder ein supraleitender
Stab, eingesetzt und durch eine metallische Dünnschicht, eine leitfähige Paste,
ein Harz oder dergleichen angeschlossen werden. Auf diese Weise werden
die Substrate mit darin eingearbeiteten Kontaktlochabschnitten wieder
zu einem Filterkoppelleitungsblock zusammengeklebt. Die Filterkoppelleitungsblöcke werden
so übereinander
angeordnet, daß der
Filterblock geformt wird. Zur Verbindung der Kontaktlöcher zwischen
den benachbarten Filterkoppelleitungsblöcken ist der Kontakt ausreichend.
Bei Verwendung von Metallfolien, leitfähigen Pasten oder Harzen kann
die Verbindung noch besser sichergestellt werden. Die metallische
Dünnschicht
wird durch Abscheidung auf den Substratstirnflächen der Eingangsleitungen
Das in
Als eine Variante des obigen Beispiels
zeigt
Die Ausgangskoppelleitung empfängt ein Signal mit einer Leistung, die gleich der Summe der Signalleitung der Dünnschichtkoppelleitungen ist, die an den Kopplungsabschnitten miteinander verbunden sind. Wenn dementsprechend die Breite der Ausgangskoppelleitung die gleiche ist wie die der Dünnschichtverbindungsleitung, dann ist die Stromdichte des auf der Ausgangskoppelleitung übermittelten Signals gleich der mehrfachen Stromdichte der Dünnschichtkoppelleitung. Wenn die Koppelleitung aus einem supraleitenden Material besteht, dann bestimmt die kritische Stromdichte der Leitung die maximal verwendbare Signalleistung. Dementsprechend wird die Breite des Ausgangskoppelleitung vergrößert, und die Stromdichte des auf der Leitung übertragenen Signals wird verringert, so daß die für die supraleitende Filtereinrichtung verwendete Leistung auf die gleiche Weise wie im vorliegenden Beispiel erhöht werden kann.The output coupling line receives a signal with a power which is equal to the sum of the signal line of the thin-film coupling lines which are connected to one another at the coupling sections. Accordingly, if the width of the output switch is the same as that of the thin film interconnect, then the current density of the signal transmitted on the output switch is equal to the multiple current density of the thin film switch. If the coupling line consists of a superconducting material, then the critical current density of the line determines the maximum usable signal power. Accordingly, the width of the output coupling line is increased and the current density of the signal transmitted on the line is reduced, so that the Leis used for the superconducting filter device can be increased in the same way as in the present example.
Wie aus
Wenn eine Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschicht, wie z. B. Lanthanaluminate oder MgO, durch ein dielektrisches Material gebildet werden kann, läßt sich eine supraleitende Elektrode ausbilden, so daß der Verlust bei hoher Leistung verringert werden kann. Es ist möglich, die normalleitende Metallelektrode mit Materialien wie z. B. Quarzglas (Dielektrizitätskonstante: ε = 3,5 bis 4,0), Saphir (Dielektrizitätskonstante: ε = 8,6 bis 10,6), Aluminiumoxidkeramik (Dielektrizitätskonstante: ε = 8,0 bis 11,0), Steatitkeramik (Dielektrizitätskonstante: ε = 6,0 bis 7,0), Polyethylenfluoridharzen (Dielektrizitätskonstante: ε = 2,0) und dergleichen zu kombinieren, die sich nicht sehr gut zur Ausbildung der Oxid-Supraleiterdünnschicht eignen.If an oxide high temperature superconductor thin film, such as B. lanthanum aluminates or MgO, through a dielectric material can be formed form a superconducting electrode so that the loss at high power can be reduced. It is possible, the normally conductive metal electrode with materials such. B. quartz glass (Dielectric constant: ε = 3.5 to 4.0), sapphire (dielectric constant: ε = 8.6 to 10.6), aluminum oxide ceramics (dielectric constant: ε = 8.0 to 11.0), steatite ceramic (dielectric constant: ε = 6.0 to 7.0), polyethylene fluoride resins (dielectric constant: ε = 2.0) and to combine such things that are not very good for training the oxide superconductor thin film suitable.
Gemäß dem obigen Beispiel werden die Eingangsleitung, die Masseelektrode, die Dünnschichtkoppelleitung, die Ausgangskoppelleitung, die Ausgangsleitung, das Kontaktloch und dergleichen vorzugsweise aus einem supraleitenden Material gebildet. Sie können durch ein normalleitendes metallisches Material gebildet werden, wie z. B. Au, Ag, Cu, Al, Pt oder dergleichen, wenn der Verlust nicht sehr schwerwiegend ist. Es ist möglich, ein Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschichtmaterial des Bismut- oder Yttrium-Systems sowie ein Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschichtmaterial der Thallium-2212-Phase als supraleitendes Dünnschichtelektrodenmaterial zu verwenden. In diesem Fall kann der Betrieb bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff erfolgen. Außerdem kann ein Tieftempera tur-Supraleitermaterial wie z. B. Nb, Nb-Ti, Nb3Sn oder dergleichen bei der Temperatur von flüssigem Helium (4,2 K) eingesetzt werden. In diesem Fall können im Vergleich zu dem Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschichtmaterial mehr Substratmaterialien eingesetzt werden.According to the above example, the input line, the ground electrode, the thin film coupling line, the output coupling line, the output line, the contact hole and the like are preferably formed from a superconducting material. They can be formed by a normally conductive metallic material, such as. B. Au, Ag, Cu, Al, Pt or the like, if the loss is not very serious. It is possible to use an oxide high temperature superconductor thin film material of the bismuth or yttrium system and an oxide high temperature superconductor thin film material of the thallium 2212 phase as the superconducting thin film electrode material. In this case, operation can be carried out at the temperature of liquid nitrogen. In addition, a low-temperature superconductor material such. B. Nb, Nb-Ti, Nb 3 Sn or the like can be used at the temperature of liquid helium (4.2 K). In this case, more substrate materials can be used compared to the oxide high temperature superconductor thin film material.
Die
In einem 2 GHz-Frequenzband fallen Mikrowellen mit einer Leistung von 1 W ein. Als Ergebnis verliert der Oxidsupraleiter als Dünnschichtleiter nicht seine Supraleitungseigenschaften an der Verteilerübertragungsleitung, so daß eine Übertragung mit niedrigerem Verlust sichergestellt werden kann.Fall in a 2 GHz frequency band Microwaves with a power of 1 W. As a result loses the oxide superconductor as a thin film conductor is not its superconducting properties on the distribution transmission line, so that a transmission with lower loss can be ensured.
Gemäß dem obigen Beispiel unterscheidet sich
die Dicke des Trägermaterials
Im vorliegenden Beispiel wird zwar der Oxidsupraleiter des Tl-Systems als Dünnschichtleiter verwendet, aber die Art des Oxidsupraleiters unterliegt keiner Beschränkung und kann durch andere Supraleiter ersetzt werden, wie z. B. ein Bi- oder Y-System. Insbesondere ist eine Bi2223-Phase vorteilhafter, da sie kaum toxisch ist und eine höhere kritische Temperatur als 100 K aufweist, so daß keine Hochleistungs-Kältemaschine erforderlich ist. Außerdem kann ein Metall als Dünnschichtleiter verwendet werden, wie z. B. Au oder Pt. Wenn ein Supraleiter-Metall-Schichtprodukt für Leitungen eingesetzt wird, kann die Übertragung durch Metalle sichergestellt werden, und ein Element wird auch dann nicht unterbrochen, wenn die Kältemaschine ausfällt und der Supraleiter seine Supraleitungseigenschaften verliert. Folglich bewirkt das Supraleiter- Metall-Schichtprodukt eine Verbesserung der Stabilität der supraleitenden Filtereinrichtung.In the present example, the oxide superconductor of the Tl system is used as a thin-film conductor, but the type of oxide superconductor is not limited and can be replaced by other superconductors, such as. B. a bi- or y-system. In particular a Bi2223 phase is more advantageous because it is hardly toxic and a higher one critical temperature than 100 K, so that no high-performance refrigerator is required. Besides, can a metal as a thin-film conductor used, such as. B. Au or Pt. If a superconductor metal layer product for cables is used, the transmission be ensured by metals, and then an element will not interrupted when the chiller fails and the superconductor loses its superconducting properties. consequently causes the superconductor metal layer product an improvement in stability the superconducting filter device.
Im obigen Beispiel ist zwar das supraleitende Filter vom Mikrostreifenleitungstyp verwendet worden, aber es kann auch ein supraleitendes Filter von einem anderen Typ, wie z. B. einem elliptischen Typ, eingesetzt werden. Insbesondere wird in dem supraleitenden Filter vom elliptischen Typ eine Resonanz der Mikrowellen mit einer Leistung von mehr als 10 W festgestellt. Dementsprechend ist es bei Verwendung des supraleitenden Filters vom elliptischen Typ möglich, eine supraleitende Filtereinrichtung bereitzustellen, die Hochleistungs-Mikrowellen bewältigen kann.In the example above is the superconducting filter microstrip type, but it can also a superconducting filter of another type, e.g. B. one elliptical type. In particular, in the superconducting Filters of the elliptical type resonate with a microwave Power of more than 10 W detected. It is accordingly possible when using the elliptical type superconducting filter, a To provide superconducting filter device that can handle high-power microwaves.
Im obigen Beispiel wird zwar der Anschluß des Supraleiterfilters an den Leiter der Verteiler-Übertragungsleitung durch Drahtbonden ausgeführt, kann aber auch durch Filmbonden oder Schweißen erfolgen.In the example above, the Connection of the Superconductor filter to the conductor of the distributor transmission line by wire bonding executed can also be done by film bonding or welding.
In dem Abschirmungsgehäuse
Eine Planare Verteilereinheit
Die Abmessung des Resonanzelements
des Filters vom Planarschaltungstyp kann gemäß dem Funktionsprinzip nicht
kleiner als eine halbe Wellenlänge
(elektrische Länge)
festgesetzt werden. Daher ist es schwierig, das Filter vom Planarschaltungstyp auf
der gleichen Ebene mit einer Abzweigleitung zu verbinden, die eine
Länge von λ/4 aufweist.
Die Planarschaltungsfilter sind parallel zueinander so angeordnet,
daß die
Enden der Signalausgangsleitungen auf gleicher Höhe angeordnet sind. Die Planare
Verteilereinheit
Das Ausgangsende der Abzweigleitung
Während
des Betriebs wird die supraleitende Filtereinrichtung mit der obigen
Konstruktion in einem wärmeisolierenden
Vakuumbehälter
eingeschlossen und gekühlt.
Ein Signal wird durch vier Signaleingangsstecker, die durch die
Wand des wärmeisolierenden
Vakuumbehälters
hindurchgehen und daran befestigt sind, und durch einen Antennenausgangsstecker
eingegeben und ausgegeben. Der Signaleingangsstecker jedes Kanals
und ein Filtereingangsstecker sowie der Ausgangsstecker
Nachstehend wird die Struktur des
Verbindungsabschnitts zwischen Filter und Verteilereinheit beschrieben.
An der dem Abschirmungsgehäuse
Wie aus den
Wie oben beschrieben, kommt die Kontaktelektrode
Wenn ein leitfähiges Material, wie z. B. ein Metall,
ein Supraleiter oder ein leitfähiges
Harz, in die Kontaktabschnitte der Kontaktflächen
Im obigen Beispiel besteht die Filterelektrode zwar aus dem supraleitenden Dünnschichtmaterial, aber es können auch andere leitfähige Materialien aus einem normalleitenden Metall, wie z. B. Cu, Au oder Ag sowie aus einem supraleitenden Material hergestellt werden.In the example above, the filter electrode does exist from the superconducting thin film material, however it can other conductive too Materials made of a normally conductive metal, such as. B. Cu, Au or Ag as well as made of a superconducting material.
Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren gemäß dem obigen Beispiel beschrieben. In diesem Beispiel wird das Oxid-Hochtemperatursupraleitermaterial als supraleitendes Dünnschichtmaterial verwendet. Als Material für das dielektrische Substrat dienen Lanthanaluminate (LaAlO3, Gitterkonstante: a-Achse 5,365 Å, c-Achse 13,11 Å, Dielektrizitätskonstante: etwa 24). Als supraleitendes Dünnschichtelektrodenmaterial wird auf beiden Flächen des dielektrischen Substrats ein Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschichtmaterial der Thallium-2212-Phase (kritische Temperatur ~ 110 K) ausgebildet und nach der bekannten Technologie so verarbeitet, daß auf einer der Flächen eine Filterelektrode oder Abzweigleitung ausgebildet wird. Auf diese Weise werden das Planarschaltungsfilter und die Verteilereinheit hergestellt. Eine weitere Fläche wird unverändert als Kontaktelektrode verwendet.A manufacturing method according to the above example is described below. In this example, the high temperature oxide superconductor material is used as the thin film superconductor material. Lanthanum aluminates (LaAlO 3 , lattice constant: a-axis 5.365 Å, c-axis 13.11 Å, dielectric constant: about 24) serve as the material for the dielectric substrate. An oxide high-temperature superconductor thin-film material of the thallium 2212 phase (critical temperature ~ 110 K) is formed as a superconducting thin-film electrode material on both surfaces of the dielectric substrate and processed in accordance with the known technology in such a way that a filter electrode or branch line is formed on one of the surfaces. In this way, the planar circuit filter and the distribution unit are manufactured. Another surface is used unchanged as a contact electrode.
Die vier auf diese Weise hergestellten
Planarschaltungsfilter werden auf dem Abschirmungsgehäuse
Dann wird die Verteilereinheit
Die Abmessungen des Abschirmungsgehäuseblocks mit dem auf die obige Weise hergestellten supraleitenden 4-Kanal-Filter betragen etwa 110 mm B × 50 mm T × 40 mm H für 1,5 GHz. Der Abschirmungsgehäuseblock wird auf die Kühlplatte in dem wärmeisolierenden Behälter mit Eingangs-Ausgangs-Steckverbin dern aufgesetzt, so daß eine Filtereinrichtung für Tieftemperaturbetrieb hergestellt wird. Die Filtereinrichtung für Tieftemperaturbetrieb wird an einer Kältemaschine angebracht und bei etwa 70 K betrieben. Folglich kann eine höhere Leistung als nach dem Stand der Technik erreicht werden. Im Vergleich zu den Abmessungen des gesamten Filtersystems einschließlich der Kältemaschine beträgt das Volumen etwa 1/3 des Volumens einer Filtereinrichtung mit dielektrischem Resonator nach dem Stand der Technik, welche die gleichen Funktionen aufweist. Folglich kann die Größe beträchtlich reduziert werden. Ferner ist die Einfügungsdämpfung kleiner als einige W, um ein Ausgangssignal von etwa 10 W pro Kanal zu erhalten. Folglich wird die Leistungsaufnahme im Vergleich zum Stand der Technik etwa um den Faktor 10 vermindert. Die Leistungsaufnahme kann selbst dann erheblich reduziert werden, wenn eine Verlustleistung für einen Verstärker oder dergleichen für den gesamten Sendeabschnitt der Mobilkommunikations-Basisstationsanlage entsteht.The dimensions of the shield housing block with the 4-channel superconducting filter manufactured in the above manner are about 110 mm W × 50 mm D × 40 mm H for 1.5 GHz. The shield housing block is on the cooling plate in the heat insulating container with input-output connectors, so that a filter device for low temperature operation will be produced. The filter device for low temperature operation is on a chiller attached and operated at about 70 K. Consequently, higher performance than can be achieved according to the prior art. Compared to the dimensions of the entire filter system including the Chiller is the volume about 1/3 the volume of a dielectric filter device State-of-the-art resonator which has the same functions having. As a result, the size can be considerable be reduced. Furthermore, the insertion loss is less than a few W, to get an output signal of about 10 W per channel. consequently the power consumption is about compared to the prior art reduced by a factor of 10. The power consumption can even then be significantly reduced if a power loss for one amplifier or the like for the entire transmission section of the mobile communication base station system arises.
In der obigen Beschreibung werden zwar das Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschichtmaterial der Thallium-2212-Phase als Material der supraleitenden Dünnschichtelektrode und die Lanthanaluminate als dielektrisches Substratmaterial verwendet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Verwendbar sind Oxid-Hochtemperatursupraleitermaterialien des Bismut-Systems, des Yttrium-Systems und des Thallium-Systems. In diesem Fall kann der Betrieb bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff erfolgen. Ferner kann ein Tieftemperatursupraleitermaterial, wie z. B. Nb, Nb-Ti oder Nb3Sn, annähernd bei der Temperatur von flüssigem Helium (4,2 K ) eingesetzt werden. In diesem Fall ist die Auswahl an Substratmaterial größer als bei dem Oxid-Hochtemperatursupraleiterdünnschichtmaterial.In the above description, while the thallium 2212 phase high-temperature oxide superconductor thin film material is used as the thin film electrode superconducting material and the lanthanum aluminates are used as the dielectric substrate material, the present invention is not limited to this. Oxide high-temperature superconductor materials of the bismuth system, the yttrium system and the thallium system can be used. In this case, operation can be carried out at the temperature of liquid nitrogen. Furthermore, a low temperature superconductor material, such as. B. Nb, Nb-Ti or Nb 3 Sn, approximately at the temperature of liquid helium (4.2 K) can be used. In this case, the selection of substrate material is larger than that of the oxide high temperature superconductor thin film material.
Auf dem MgO-Trägermaterial
Es zeigt sich, daß bei einfallenden Mikrowellen mit einer Leistung von 1 W und einer Frequenz im 2 GHz-Band mit Hil fe einer kleinen Kältemaschine eine gemeinsame bzw, geteilte verlustarme Übertragung ausgeführt werden kann.It turns out that with incident microwaves with a power of 1 W and a frequency in the 2 GHz band Help a small chiller joint or shared, low-loss transmission can be carried out can.
Gemäß der Verteilerstruktur im
vorliegenden Beispiel sind die Filterausgangsverbindungsabschnitte
Da der Verteiler gemäß dem vorliegenden Beispiel eine Struktur aufweist, die auf drei gleichschenkligen Dreiecken basiert, kann er in der gleichen Ebene ausgebildet werden. Durch Verwendung einer derartigen Struktur ist es möglich, den Verteiler in Form einer Dünnschicht herzustellen, die auf dem gleichen Trägermaterial aufgebracht ist. Infolgedessen läßt sich leicht eine Verbindung zu einem Mikrowellenfilter vom Dünnschichttyp herstellen. Außerdem kann eine Übertragungsleitung stärker verkleinert werden als nach dem Stand der Technik, so daß ein verlustarmer Verteiler realisiert werden kann.Because the distributor according to the present example has a structure that rests on three isosceles triangles based, it can be trained on the same level. By Using such a structure it is possible to shape the manifold a thin layer to produce, which is applied to the same carrier material. As a result, easily connects to a thin film type microwave filter produce. Moreover can be a transmission line stronger be reduced in size than in the prior art, so that a low loss Distributor can be realized.
Im vorliegenden Beispiel sind zwar
die Filterausgangsverbindungsabschnitte
Im vorliegenden Beispiel sind zwar
zwei Strukturen mit je vier Filterausgangsverbindungsabschnitten
angeordnet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum
Beispiel können
drei Filterausgangsverbindungsabschnitte verwendet werden. Falls
drei Strukturen angeordnet sind, kann der dritte Mischpunkt
Vier Filterausgangsverbindungsabschnitte
Auf dem MgO-Trägermaterial
Das Trägermaterial
Der Filterausgangsverbindungsabschnitt
Auf die gleiche Weise wie im obigen Beispiel wird eine Filtereinrichtung für Tieftemperaturbetrieb unter Verwendung des Verteilers gemäß dem vorliegenden Beispiel hergestellt und mit Hilfe einer kleinen Kältemaschine auf etwa 80 K gekühlt. Dann läßt man Mikrowellen mit einer Leistung von 2 W und einer Frequenz im 2 GHz-Band einfallen. Als Ergebnis zeigt sich, daß eine gemeinsame bzw. geteilte verlustarme Übertragung ausgeführt werden kann.In the same way as in the above Example is a filter device for low temperature operation under Use of the distributor according to the present Example made and using a small chiller cooled to about 80 K. Then you leave microwaves with a power of 2 W and a frequency in the 2 GHz band. The result shows that a joint or shared low-loss transmission can be carried out can.
Was die Struktur des Verteilers betrifft,
die auf der Basis der fächerförmigen Strukturen
gemäß dem vorliegenden
Beispiel ausgebildet wird, kann der Verteiler auf der gleichen Ebene
ausgebildet werden, so daß er ähnlich dem
ersten Beispiel in Form einer Dünnschicht
auf dem gleichen Trägermaterial ausgebildet
werden kann. Da sich der Knoten zum Filter hin fächerförmig verzweigt, kann die Anzahl
der Filterausgangsverbindungsabschnitte
Der Verteiler gemäß dem vorliegenden Beispiel weist die fächerförmige Struktur auf, so daß zwischen den Filterausgangsverbindungsabschnitten genügend Zwischenraum frei bleiben kann. Das Filter kann leicht auf dem gleichen Trägermaterial wie der Verteiler ausgebildet werden. In diesem Fall wird vorzugsweise ein durch eine Dünnschicht geformtes kleinformatiges Filter benutzt, wie z. B. ein supraleitendes Filter.The distributor according to the present example exhibits the fan-shaped structure on so that between there is enough clearance left in the filter outlet connection sections can. The filter can easily be placed on the same substrate as the distributor be formed. In this case, one by one thin shaped small format filter used such. B. a superconducting Filter.
Der Verteiler gemäß dem vorliegenden Beispiel weist zwar eine Länge der Abzweigleitungen von λ/4 bzw. λ/2 auf, ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann eine Abzweigleitung mit einer Länge von (2n + 1)λ/4 oder (m + 1)λ/2 auf die gleiche Weise wie in den obigen Beispielen verwendet werden, wobei n und m natürliche Zahlen sind.The distributor according to the present example has a length the branch lines of λ / 4 or λ / 2 on but is not limited to this. For example, one Branch line with a length from (2n + 1) λ / 4 or (m + 1) λ / 2 be used in the same way as in the examples above, where n and m are natural Numbers are.
Der Verteiler gemäß dem vorliegenden Beispiel weist eine Struktur auf, in der zwei fächerförmige Strukturen miteinander verbunden sind. Die Anzahl der fächerförmigen Strukturen kann auch drei oder mehr betragen.The distributor according to the present example has a structure in which two fan-shaped structures together are connected. The number of fan-shaped structures can also be three or more.
In den obigen Beispielen und im vorliegenden Beispiel wird im Verteiler für die Abzweigleitung ein Supraleiter des Ti-Systems benutzt, aber es können auch Metalle wie Au, Pt, Cu, Ag und dergleichen verwendet werden. Falls der Oxid-Supraleiter als Abzweigleitung eingesetzt wird, können andere Supraleiter als der Supraleiter des Tl-Systems verwendet werden, z. B. die Supraleiter des Bi- und des Y-Systems. Insbesondere ist Bi2Sr2Ca2Cr3O10+x kaum toxisch und hat eine höhere kritische Temperatur als 100 K, so daß die Kältemaschine nicht vergrößert werden muß. Wenn ein Schichtprodukt aus einem Supraleiter und einem Metall als Abzweigleitung verwendet wird, kann die Übertragung durch das Metall auch dann sichergestellt werden, wenn der Supraleiter wegen Ausfalls der Kältemaschine oder dergleichen seine Supraleitfähigkeit verliert. Infolgedessen werden die Funktionen nicht völlig beschädigt, so daß die Stabilität des Verteilers verbessert werden kann.In the above examples and the present example, a superconductor of the Ti system is used in the branch line distributor, but metals such as Au, Pt, Cu, Ag and the like can also be used. If the oxide superconductor is used as a branch line, other superconductors than the superconductor of the Tl system can be used, e.g. B. the superconductors of the bi- and the y-system. In particular, Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cr 3 O 10 + x is hardly toxic and has a critical temperature higher than 100 K, so that the refrigerator does not have to be enlarged. If a layer product of a superconductor and a metal is used as the branch line, the transmission through the metal can be ensured even if the superconductor loses its superconductivity due to failure of the refrigerator or the like. As a result, the functions are not completely damaged, so that the stability of the distributor can be improved.
Das als Trägermaterial des Verteilers eingesetzte Material ist nicht auf MgO beschränkt. Zum Beispiel können LaAlO3, SrTiO3, LaGaO3, NdGaO3 oder dergleichen verwendet werden. Bei Verwendung von LaAlO3 können die Kristalleigenschaften der Abzweigleitung (des Oxid-Supraleiters) verbessert werden, da die Fehlanpassung der Gitterkonstante an die aus dem Oxid-Supraleiter bestehende Abzweigleitung gering ist. Als Ergebnis können die kritische Temperatur und die kritische Stromdichte verbessert werden, so daß die Leistung der Kältemaschine vermindert werden kann. Außerdem können Mikrowellen mit hoher Leistung verwendet werden. Auch bei Verwendung von SrTiO3, La-GaO3 und NdGaO3 lassen sich die gleichen Effekte erzielen. Insbesondere bei Verwendung von SrTiO3 kann die Größe des Verteilers wegen der hohen Dielektrizitätskonstante von 310 noch weiter verringert werden.The material used as the carrier material of the distributor is not limited to MgO. For example, LaAlO 3 , SrTiO 3 , LaGaO 3 , NdGaO 3 or the like can be used. When using LaAlO 3 , the crystal properties of the branch line (the oxide superconductor) can be improved, since the mismatch of the lattice constant to the branch line consisting of the oxide superconductor is small. As a result, the critical temperature and the critical current density can be improved, so that the performance of the refrigerator can be reduced. High power microwaves can also be used. The same effects can also be achieved when using SrTiO 3 , La-GaO 3 and NdGaO 3 . Particularly when using SrTiO 3 , the size of the distributor can be reduced even further because of the high dielectric constant of 310.
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: PANASONIC CORP., KADOMA, OSAKA, JP |