DE69911006T2

DE69911006T2 - Hts-filter mit eigenresonanten spiralresonatoren

Info

Publication number: DE69911006T2
Application number: DE69911006T
Authority: DE
Inventors: Zhi-Yuan Shen
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2019-05-13
Also published as: DE69911006D1; EP1078413A1; ATE249104T1; CA2330089A1; JP2002518866A; CN1301411A; WO1999065102A9; TW452992B; US20020068682A1; KR20010043576A; WO1999065102A1; CN1160827C; US6751489B2; US6370404B1; EP1078413B1; US6108569A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Hochtemperatur-Supraleiter-(High Temperature Superconductor; HTS)-Minifilter und Minimultiplexer mit Eigenresonanz-Spirakesonatoren als die Baublöcke, die die Vorteile einer sehr kleinen Größe und eines sehr geringen Nebensprechens zwischen benachbarten Filtern aufweisen.
HTS Filter weisen die Nachteile eines extrem geringen Innenband-Einfügungsverlusts, eine hohe Außenband-Spenung, und steiler Flanken auf, und zwar als Folge des extrem geringen Verlusts in den HTS Materialen. Die HTS Filter weisen Anwendungen in der Telekommunikation, Instrumenten und militärischen Geräten auf. Für den regelmäßigen Entwurf eines HTS Filters sind jedoch die Resonatoren als deren Baublöcke in der Größe groß. Tatsächlich ist wenigstens eine Dimension des Resonators gleich zu ungefähr einer halben Wellenlänge. Für HTS Filter niedriger Frequenz mit vielen Polen erfordert der regelmäßige Entwurf eine sehr große Substratfläche. Die Substrate von Dünnfilm-HTS-Schaltungen sind spezielle dielektrische Einzelkristallmaterialien mit hohen Kosten. Ferner sind die HTS mit einem Dünnfilm beschichteten Substrate sogar nach kostenaufwendiger. Um Materialkosten einzusparen ist es deshalb wünschenswert, die Größe des HTS Filters ohne Beeinträchtigung seines Betriebsverhaltens zu verringern. Für die HTS Filterschaltungen nimmt ferner die Kühlleistung, die Kühlzeit und die Kosten, um es auf eine kryogenische Betriebstemperatur herunterzukühlen, mit zunehmender Größe der Schaltungen zu. Dies sind die Gründe, um die HTS Filtergröße ohne Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens davon zu verringern.
Es gibt einen Entwurf im Stand der Technik, um die HTS Filtergröße zu verringern, d. h. durch Verwendung von Elementen einer „konzentrierten Schaltung" („lumped circuit"), wie Kondensatoren und Induktoren zum Bauen des Resonators, der als die Baublöcke von HTS Filtern verwendet wird. Es sei zum Beispiel auf die US 5506551 verwiesen. Dieser Ansatz verringert die Größe von HTS Filtern in der Tat. Jedoch weist er auch Probleme auf. Zunächst weisen die regelmäßigen Induktoren des lumped Elements, wie der spiralförmige Induktor, der in 1 gezeigt ist, weit verteilt magnetische auf, die den Bereich weit über den Induktor hinaus erreichen und ein unerwünschtes Nebensprechen zwischen benachbarten Schaltungen verursachen. Zweitens müssen bei dem Filterentwurf der konzentrierten Schaltung die zwei Enden des spiralförmigen Induktors mit anderen Schaltungskomponenten, wie Kondensatoren etc., verbunden werden. Aber eines der zwei Induktorenden befindet sich an der Mitte der Spirale, die nicht direkt mit anderen Komponenten verbunden werden kann. Um die Verbindung von dem mittleren Ende des Spiralinduktors mit einer anderen Komponente herzustellen muss eine Luftbrücken- oder Mehrschicht-Überleitung oben auf dem HTS Spiralinduktor hergestellt werden. Sie verschlechtern nicht nur das Betriebsverhalten des Filters, sondern sind auch schwierig herzustellen. Drittens gibt es zwei Vorgehensweisen um konzentrierte Kondensatoren einzuführen: Eine besteht in der Verwendung eines „Hereinfall-„ („Drop-In") Kondensators, der gewöhnlicher weise nicht akzeptable sehr große Toleranzen aufweist. Die andere ist die Verwendung eines planaren Interdigitallcondensators, der einen sehr schmalen Spalt zwischen zwei Elektroden mit einer hohen-RF-Spannung zwischen ihnen, die eine Funkenbildung verursachen kann, erfordert.
Der Zweck dieser Erfindung besteht darin, Eigenresonanz-Spiralresonatoren zu verwenden, um die Größe von HTS Filtern zu verringern und gleichzeitig das Nebensprechen und Verbindungsprobleme zu lösen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 die herkömmlichen Spiralinduktoren des Standes der Technik, wobei 1a einen quadratischen Spiralinduktor zeigt und 1b einen kreisförmigen Spiralinduktor zeigt;
2 die vorliegenden Eigenresonanz-Spirakesonatoren in verschiedenen Ausbildungen, wobei 2a einen Eigenresonanz-Spiralresonator in der rechteckigen Form zeigt; 2b einen Eigenresonanz-Spirakesonator in der rechteckigen Form mit abgerundeten Ecken zeigt; 2c einen Eigenresonanz-Spiralresonator in der Achteck-Form zeigt; und 2d einen Eigenresonanz-Spiralresonator in der kreisförmigen Form zeigt;
3 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Mikrostreifenleitungs-HTS-Minifilters mit 4-Polen mit rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren mit abgerundeten Ecken, Mitten-Abstimmflecken, und Eingangs/Ausgangs-Kopplungsschaltungen mit parallelen Leitungen; wobei 3a die Vorderansicht zeigt und 3b die Querschnittsansicht zeigt;
4 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Mikrostreifenleitungs-HTS-Minifilters mit vier Polen mit rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren, einer transversalen versetzten Zwischenresonator-Kopplungseinstellung, und Eingangs- und Ausgangs-Kopplungsschaltungen einer eingefügten Leitung; wobei 4a die Vorderansicht zeigt und 4b die Querschnittsansicht zeigt;
5 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Mikrostreifenleitungs-HTS-Minifilters mit 4-Polen mit achteckigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren, einer transversalen versetzten Zwischenresonator-Kopplungseinstellung, und Kopplungseingangs- und Ausgangs-Schaltungen einer eingefügten Leitung; wobei 5a die Vorderansicht zeigt und 5b die Querschnittsansicht zeigt;
6 eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Mikrostreifenleitungs-HTS-Minifilters mit 4-Polen mit kreisförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren, kreisförmigen Mitten-Abstimmflecken, und Eingangs/Ausgangs-Kopplungsschaltungen mit parallelen Leitungen; wobei 6a die Vorderansicht zeigt und 6b die Querschnittsansicht zeigt;
7 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Mikrostreifenleitungs-HTS-Minifilters mit 5-Polen mit vier rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren, einem symmetrischen Doppelspiralresonator, und Eingangs- und Ausgangs-Kopplungsschaltungen einer eingefügten Leitung; wobei 7a die Vorderansicht zeigt und 7b die Querschnittsansicht zeigt;
8 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Mikrostreifenleitungs-Minimultiplexers mit 2 Kanälen; wobei jeder Kanal ein 8-Pol HTS Minifilter mit rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren und Eingangs/Ausgangs-Kopplungsschaltungen mit parallelen Leitungen umfasst; wobei die Eingangsschaltung des Multiplexers in der Form eines binären Splitters ist, wobei 8a die Vorderansicht zeigt und 8b die Querschnittsansicht zeigt;
9 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Mikrostreifenleitungs-Minifilters mit vier Kanälen; wobei jeder Kanal ein 8-Pol HTS Minifilter mit rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren und Eingangs/Ausgangs-Kopplungsschaltungen mit parallelen Leitungen umfasst; wobei die Eingangsschaltung des Multiplexers in der Form eines in Kaskade angeordneten binären Splitters ist; wobei 9a die Vorderansicht zeigt und 9b die Querschnittsansicht zeigt;
10 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Mikrostreifenleitungs-Minimultiplexers mit vier Kanälen; wobei jeder Kanal ein 8-Pol HTS Minifilter mit rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren und Eingangs/Ausgangs-Kopplungsschaltungen mit parallelen Leitungen umfasst; wobei die Eingangsschaltung des Multiplexers in der Form einer Mehrfachverzweigungs-Leitung ist; wobei 10a die Vorderansicht zeigt und 10b die Querschnittsansicht zeigt;
11 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines Streifenleitungs-HTS-Minifilters mit 4-Polen mit rechteckförmigen Eigenresonanz-Spirakesonatoren mit abgerundeten Ecken, Mitten-Abstimmflecken, und Eingangs/Ausgangs-Kopplungsschaltungen mit parallelen Leitungen; wobei 10a eine Querschnittsansicht des Minifilters ist und 11b eine Draufsicht gesehen entlang der Leitungen und Pfeile A-A der 11a ist;
12 das Layout eines Prototyps eines bei 5,94 GHz zentrierten Mikrostreifenleitungs-HTS-Minifilters mit einer Bandbreite von 0,16 GHz und 3-Polen mit drei rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren;
13a die gemessenen S-Parameterdaten des in 12 gezeigten Minifilters, wobei 13a S₁₁ über den Frequenzdaten zeigt, 13b S₁₂ über den Frequenzdaten zeigt, 13c S₂₁ über den Frequenzdaten zeigt, und 13d S₂₂ über den Frequenzdaten zeigt;
14 die Daten von S₂₁ gegenüber der Frequenz des in 12 gezeigten Minifilters, um die Frequenzverschiebung zu zeigen, die durch Ändern des Mediums des Raums über der Schaltung verursacht wird;
15 die gemessenen Intermodulationsdaten dritter Ordnung des in 12 gezeigten Minifilters, um dessen Nichtlinearitäts-Verhalten zu zeigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt umfasst die Erfindung einen Eigenresonanz-Spiralresonator, umfassend eine Hochtemperatur-Supraleiterleitung, die in einer spiralförmigen Weise orientiert ist, so dass benachbarte Leitungen voneinander durch einen Spaltabstand beabstandet sind, der kleiner als die Leitungsbreite ist; und wobei eine zentrale Öffnung in dem Resonator eine Dimension aufweist, die ungefähr gleich zu derjenigen des Spaltabstands in jeder Dimension ist.
In einem anderen Aspekt umfasst die Erfindung ein HTS Minifilter, umfassend:

a) ein Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite;
b) wenigstens zwei Eigenresonanz-Spiralresonatoren in einem engen Kontakt mit der Vorderseite des Substrats;
c) wenigstens einen Zwischenresonator-Kopplungsmechanismus;
d) eine Eingangskopplungsschaltung, umfassend eine Übertragungsleitung mit einem ersten Ende, das mit einem Eingangsverbinder des Filters verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit einem Ersten der wenigstens zwei Eigenresonanz-Spiralresonatoren verbunden ist;
e) eine Ausgangskopplungsschaltung, umfassend eine Übertragungsleitung mit einem ersten Ende, das mit einem Ausgangsverbinder des Filters verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit wenigstens einem der wenigstens zwei Eigenresonanz-Spiralresonatoren gekoppelt ist;
f) einen blanken Hochtemperatur-Supraleiterfilm, der auf der Rückseite des Substrats als eine Masseebene angeordnet ist; und
g) einen blanken Goldfilm, der auf dem blanken Hochtemperatur-Supraleiterfilm angeordnet ist.

In einer anderen Ausführungsform weisen die Minifilter eine Streifenleitungsform auf und umfassen ferner:

a) ein Superstrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei die Vorderseite des Superstrats in einem engen Kontakt mit den wenigstens zwei Resonatoren, die auf der Vorderseite des Substrats angeordnet sind, positioniert ist;
b) einen zweiten blanken Hochtemperatur-Supraleiterfilm, der auf der Rückseite des Superstrats als eine Masseebene angeordnet ist; und
c) einen zweiten blanken Goldfilm, der auf der Oberfläche des zweiten Hochtemperaturraleiterfilms angeordnet ist.

In einem anderen Aspekt umfasst die Erfindung Minimultiplexer, umfassend wenigstens zwei der Minifilter mit unterschiedlichen und nicht-überlappenden Frequenzbändern; ein Verteilungsnetz mit einem gemeinsamen Port (bzw. Anschluss) als einen Eingang für die Minimultiplexer- und Mehrfach-Verteilungsports, wobei ein Verteilungsport mit einem entsprechenden Eingang eines Minifilters verbunden ist; und eine Vielzahl von Ausgangsleitungen, wobei eine Ausgangsleitung mit einem entsprechenden Ausgang eines Minifilters verbunden ist.
Dies und andere Aspekte der Erfindung und die bevorzugten Ausführungsformen ergeben sich näher beim Lesen der Beschreibung und der Ansprüche. Es sei darauf hingewiesen, dass jegliche Bezugszeichen, die in den Ansprüchen verwendet werden, lediglich als Hilfe für ein einfacheres Verständnis des Gegenstands vorgesehen sind und nicht so angesehen werden sollen, als ob sie den Umfang davon beschränken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung erlaubt die Verringerung der Größe von HTS Filtern ohne Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens und ist auf die Verwendung von Eigenresonanz-Spiralresonatoren gestützt. Die Eigenresonanz-Spiralresonatoren weisen unterschiedliche Formen auf, einschließlich von rechteckförmigen, rechteckförmigen mit abgerundeten Ecken, polygonförmigen und kreisförmigen Formen.
Um die Größe des Eigenresonanz-Spiralresonators zu verringern und dessen elektromagnetische Felder für eine Minimierung des Nebensprechens zu beschränken wird bevorzugt die Breite des Spalts zwischen benachbarten Leitungen zu verringern und die mittlere offene Fläche in dem Spiralresonator zu verringern.
Es gibt mehrere Verfahren, um die Resonanzfrequenz des Eigenresonanz-Spiralresonators zu ändern: 1. Ändern der Länge der Spiralleitung; 2. Ändern der Spaltbreite zwischen den benachbarten Leitungen der Spirale; 3. Anordnen eines leitenden Abstimmfleckens an der Mitte der Spirale. Das dritte Verfahren kann als Feinfrequenz-Abstimmung verwendet werden.
Die Eingangs- und Ausgangs-Kopplungsschaltungen des Minifilters weisen zwei grundlegende Konfigurationen auf: 1. Eine Konfiguration mit parallelen Leitungen, die eine Übertragungsleitung mit einem Ende, das mit dem Verbinder des Minifilters über einen Goldflecken oben auf der Leitung verbunden ist, wobei das andere Ende der Leitung verlängert ist, um nahe und parallel zu der Spiralleitung des ersten Resonators (für die Eingangsschaltung) oder des letzten Resonators (für die Ausgangsschaltung) zu sein, um die Eingangs- oder Ausgangskopplungen für das Filter 2 bereitzustellen, umfasst; 2. Eine Konfiguration mit einer eingefügten Leitung; sie umfasst eine Übertragungsleitung mit einem Ende, das mit dem Verbinder des Minifilters über einen Goldflecken oben auf der Leitung verbunden ist, wobei das andere Ende der Leitung verlängert ist, um in die aufgesplittete Spiralleitung des ersten Resonators (für die Eingangsschaltung) oder des letzten Resonators (für die Ausgangsschaltung) eingefügt zu werden, um die Eingangs- oder Ausgangskopplungen für das Filter bereitzustellen.
Die Zwischenresonator-Kopplungen zwischen benachbarten Resonatoren in dem Minifilter werden durch die Überlappung der elektromagnetischen Felder an den Kanten der benachbarten Resonatoren bereitgestellt. Die Kopplungsstärke kann durch drei Vorgehensweisen eingestellt werden: 1. Änderung des longitudinalen Abstands zwischen benachbarten Spiralresonatoren; 2. Ändern der Orientierung der Spiralresonatoren; 3. Verschieben des Orts des Spiralresonators entlang der transversalen Richtung. Die dritte Vorgehensweise kann als eine Kopplungsstärken-Feineinstellung verwendet werden.
Die Minifilter der Erfindung können verwendet werden, um Minifilter zu bauen, die eine sehr kleine Größe aufweisen, ohne das Betriebsverhalten zu beeinträchtigen. Der Minimultiplexer umfasst wenigstens zwei Kanäle mit zwei Minifiltern, die geringfügig unterschiedliche nicht-überlappende Frequenzbänder aufweisen, einem Eingangsverteilungsnetz und einem Ausgangsport (Ausgangsanschluss) für jeden Kanal. Das Eingangsverteilungsnetz weist drei unterschiedliche Konfigurationen auf 1. Einen einzelnen binären Splitter (Teiler) für den Minimultiplexer mit 2-Kanälen, der einen binären Splitter verwendet, um die zwei Eingänge der zwei Kanäle in einen gemeinsamen Port zu kombinieren, der als der Eingang des Minimultiplexers dient; 2. Einen in Kaskade angeordneter binärer Splitter, der aus mehreren in Kaskade angeordneten Stufen von binären Splittern besteht. In einem Nstufigen in Kaskade angeordneten Verteilungsnetz können 2^N Ausgangsports zum Kombinieren von 2^N Kanälen in einen gemeinsamen Port, der als der Eingang für den Minimultiplexer dient, verwendet werden. 3. Angepasste Mehrfachverzweigungs-Leitungen, die aus einem gemeinsamen Port als dem Eingang des Multiplexers und einer Vielzahl von Verzweigungsleitungen, die mit jedem Kanal verbunden sind, bestehen. Die Länge und Breite von diesen Leitungen müssen in einer geeigneten Weise derart gewählt werden, dass eine Anpassung an dem Eingang und dem Ausgang des Minimultiplexers über dem gesamten Frequenzband des Minimultiplexers erreicht wird.
Die Minifilter und Minimultiplexer dieser Erfindung können in der Mikrostreifenleitungsform mit einem Substrat und einer Masseebene verwendet werden. Sie können auch in der Streifenleitungsform mit einem Substrat, einem Superstrat und zwei Masseebenen verwendet werden.
Die herkömmliche Vorgehensweise zur Herstellung von kleinen Filtern besteht darin, dass ein Entwurf mit einer konzentrierten Schaltung (lumped circuit) verwendet wird, der eine konzentrierte Induktivität und eine konzentrierte Kapazität verwendet, um Resonatoren als die Baublöcke des Filters zu bilden. Ein Spiralinduktor des Standes der Technik ist in 1 gezeigt, wobei 1a eine rechteckige Form zeigt und 1b eine kreisförmige Form zeigt. Weil die strukturellen Komponenten des Induktors der 1a die Gleichen wie diejenigen der 1b sind (wobei der einzige Unterschied die Form oder Konfiguration der Spirale ist), werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen strukturellen Komponenten zu bezeichnen. Dementsprechend bezeichnet das Bezugszeichen 1 die spiralförmige Leiterleitung und das Bezugszeichen 2 ist der Spalt zwischen benachbarten Umdrehungen der Leiterleitung 1. Die Bezugszeichen 3 und 4 sind die Verbindungsflecken, die an den Anschlussenden der Leiterleitung 1 angeordnet sind, und das Bezugszeichen 5 ist eine offene Fläche innerhalb des Leiters an der Mitte des Spiralinduktors.
Die in 1 gezeigten Induktoren werden bei dem herkömmlichen Entwurf zum Bilden eines Resonators einer konzentrierten Schaltung als die Baublöcke eines Filters verwendet. In dem herkömmlichen Entwurf des Standes der Technik müssen die Dimensionen des konzentrierten Induktors vorsichtig gewählt werden, so dass dessen „Eigenresonanz-„ Frequenz viel höher als die höchste Frequenz in dem Frequenzband des Filters gemacht wird, um so eine ungünstige Störung von der Eigenresonanz des Induktors zu vermeiden. Um dies zu tun sollte der Spalt 2 zwischen benachbarten Windungen im Vergleich mit der Breite der Leiterleitung 1 groß sein und die mittlere offene Fläche 5 sollte ausreichend groß sein, um zu ermöglichen, dass die durch den Strom in der Spiralleitung erzeugten Magnetfelder durchgehen. Beide Maßnahmen bewirken, dass sich Magnetfelder weit über den Spiralinduktor hinaus verteilen, und ein Nebensprechen zwischen benachbarten Schaltungen verursachen. Wie voranstehend erwähnt ist das andere Problem mit dem herkömmlichen Entwurfsansatz die Schwierigkeit den Anschlussflecken 4, der sich an der Mitte der Spirale befindet, mit anderen Schaltungskomponenten zu verbinden.
Die vorliegende Erfindung löst die Probleme durch Verwenden der Eigenresonanz von diesen Spiralinduktoren, anstelle diese zu vermeiden. Die Eigenresonanz (Selbstresonanz), tritt auf, wenn die Betriebsfrequenz der Eigenresonanzfrequenz f_s gleicht: fs = 1/{2π[LCP]1/2}
Hierbei ist L die Induktivität der Spirale und C_P ist die parasitäre Kapazität zwischen benachbarten Windungen. Wie voranstehend erwähnt ist es für den HTS Filterentwurf wünschenswert die Größe der Filterschaltung zu verringern, was bedingt, dass die offene Fläche der Spirale (Bezugszeichen 5 in 1a und 1b), sowie der Spalt (Bezugszeichen 2 in 1a und 1b) zwischen den Leiterleitungen minimiert wird. Diese Maßnahmen verringern nicht nur die Größe des Spiralresonators, sondern beseitigen auch die Notwendigkeit für eine zusätzliche Kapazität und die Notwendigkeit für eine Verbindung in der Mitte. Ferner beschränken diese Maßnahmen auch den größten Teil der elektromagnetischen Felder unter dem Spiralresonator, so dass das Nebensprechproblem, welches durch weitreichende Magnetfelder in dem konzentrierten Leiter verursacht wird, gelöst wird.
2 zeigt vier Ausführungsformen des Eigenresonanz-Spiralresonators wie folgt: Rechteckförmig ist in 2a gezeigt, eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken ist in 2b gezeigt, eine Polygonform ist in 2c gezeigt, und eine kreisförmige Form ist in Figur ist in 2d gezeigt. Wie in den 2a–2d ersichtlich umfassen die Eigenresonanz-Spiralresonatoren eine Hochtemperatur-Supraleiterleitung, die in einer spiralförmigen Weise orientiert ist. Die benachbarten Leitungen, die die Spirale bilden, sind voneinander um einen Spaltabstand beabstandet, der kleiner als die Breite der Leitungen ist. Die zentrale Öffnung in dem Resonator weist eine Dimension auf die ungefähr gleich zu derjenigen des Spaltabstands ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Spaltdimension nur eine Dimension (d. h. Breite) aufweist, wohingegen die mittlere (zentrale) Öffnung zwei Dimensionen (d. h. Länge (oder Höhe) und Breite) aufweist. Demzufolge bedeutet der Ausdruck „Dimension ungefähr gleich zu derjenigen des Spaltabstands", dass jede Dimension der zentralen Öffnung ungefähr die gleiche wie die einzelne Dimension des Spaltabstands ist. Es sei aus den 2a–2d darauf hingewiesen, dass die zentrale Öffnung im wesentlichen symmetrisch ist und eine Form entsprechend (obwohl nicht notwendigerweise identisch zu) der Form des Resonators aufweist.
Unter Bezugnahme zunächst auf 2a ist das Bezugszeichen 11 die leitende Leitung, das Bezugszeichen 12 der Spalt zwischen benachbarten Windungen, das Bezugszeichen 13 ist die mittlere offene Fläche mit ihrer Dimension nahe zu der Breite des verringerten Spalts 12, und das Bezugszeichen 14 zeigt die 90-Grad scharfen Ecken der Leitung 11 an.
Es ist beabsichtigt, dass sich die HF elektrische Ladung und der Strom an den Leitungsecken konzentrieren, was die Energiebehandlungskapazität des HTS rechteckförmigen Spiralresonators verringern kann.
Um das Problem zu lösen zeigt 2b eine zweite Ausführungsform des Eigenresonanz-Spiralresonators in einer rechteckförmigen Form mit abgerundeten Ecken. In der Ausführungsform der 2b bezeichnet das Bezugszeichen 15 die leitende Leitung, das Bezugszeichen 16 ist der Spalt zwischen benachbarten Windungen, das Bezugszeichen 17 ist die verkleinerte mittlere offene Fläche mit ihrer Dimension nahe zu der Breite des verringeren Spalts 16, und das Bezugszeichen 18 bezeichnet die abgerundeten Ecken der Leitung 15.
2c zeigt eine dritte Ausführungsform des Eigenresonanz-Spiralresonators in einer achteckigen Form, bei der das Bezugszeichen 20 die leitende Leitung ist, das Bezugszeichen 21 der Spalt zwischen benachbarten Windungen ist, das Bezugszeichen 22 die verkleinerte mittlere offene Fläche mit ihrer Dimension nahe zu der Breite des verringerten Spalts 21 ist und das Bezugszeichen 23 die 120-Grad Ecken der Leitung 20 anzeigt. Der Eigenresonanz-Spiralresonator ist nicht auf diese besondere achteckige Form beschränkt. Anstelle davon kann er irgendeine polygonartige Form aufweisen, vorausgesetzt, dass sie mehr als vier Ecken aufweist, um die rechteckförmigen Formen zu unterscheiden.
2d zeigt eine vierte Ausführungsform des Eigenresonanz-Spiralresonators in einer kreisförmigen Form. In dieser Ausführungsform bezeichnet das Bezugszeichen 25 die leitende Leitung, das Bezugszeichen 26 den Spalt zwischen benachbarten Windungen, das Bezugszeichen 27 die verkleinere mittlere offene Fläche mit ihrer Dimension nahe zu der Breite des verringerten Spalts 26 und das Bezugszeichen 28 ist eine leitender Abstimmflecken, der sich an der mittleren offenen Fläche 27 für eine Feinabstimmung der Resonanzfrequenz des Spiralresonators befindet. Der Abstimmflecken ist nicht auf diese spezifische Form einer kreisförmigen Gestalt beschränkt, sondern kann anstelle davon in einer rechteckförmigen Form oder irgendwelchen beliebigen Formen sein. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Abstimmflecken mit irgendwelchen der anderen Konfigurationen verwendet werden kann, die voranstehend beschrieben wurden, und in seiner Verwendung nicht auf den Spiralresonator mit der kreisförmigen Konfiguration beschränkt ist.
3 zeigt eine erste Ausführungsform der 4-Pol HTS Minifilterschaltung mit vier Eigenresonanz-Spiralresonatoren (in diesem Fall mit einer rechteckförmigen Konfiguration mit abgerundeten Ecken) als dessen Frequenzwählelement. 3a zeigt die obere oder vordere Ansicht des Filters, und 3b zeigt eine Querschnittsansicht. In den 3a und 3b ist das Bezugszeichen 30 ein dielektrisches Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die HTS Filter-Minischaltung ist auf der Vorderseite des Substrats 30 angeordnet, wie in 3a und 3b gezeigt. Die Rückseite des Substrats 30 (die in der Querschnittsansicht der 3b ersichtlich ist, aber in der Ansicht der 3a nicht ersichtlich ist) ist mit einem blanken HTS Film 31 (siehe 3b) angeordnet, der als die Masse der Minifilterschaltung dient. Ein Goldfilm 32 (siehe 3b) ist oben auf dem HTS Film 31 angeordnet und dient als der Kontakt des Gehäuses des Minifilters, das nicht gezeigt ist. In 3a sind die Bezugszeichen 33, 34, 33a und 34a vier rechteckförmige Eigenresonanz-Spiralresonatoren mit abgerundeten Ecken. Die Zwischenresonatorkopplungen werden durch die Kopplungsspalte 38, 38a, und 38b zwischen den benachbarten Resonatoren bereitgestellt. Die Eingangskopplungsschaltung ist in einer Form von parallelen Leitungen, die eine Eingangs-(Mikrostreifen)-Leitung 35 und den Kopplungsspalt 39 zwischen 35 und dem ersten Resonator 33 umfasst. Die Ausgangskopplungsschaltung ist in einer Form paralleler Leitungen, die eine Ausgangs-(Mikrostreifen)-Leitung 35a und den Kopplungsspalt 39a zwischen 35a und dem letzten Resonator 33a umfasst. Zwei Abstimmflecken 36, 36a befinden sich an der Mitte der Resonatoren 34 und 34a für eine Feinabstimmung der Resonanzfrequenz der Resonatoren 34 und 34a. Goldverbindungsflecken 37 und 37a sind auf der Eingangs- und Ausgangsleitung 35 bzw. 35a angeordnet, wobei die Verbindungen zu den Verbindern des Minifilters, die nicht gezeigt sind, bereitgestellt werden.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der 4-Pol HTS Minifilterschaltung mit vier rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren als deren Frequenzwählelement, wobei 4a die Vorderansicht zeigt und 4b die Querschnittsansicht zeigt. Das Bezugszeichen 40 ist ein dielektrisches Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die HTS Minifilterschaltung ist auf der Vorderseite des Substrats 40 angeordnet, wie in 3a gezeigt. Wie mit der in 3b gezeigten Querschnittsansicht angezeigt ist auf der Rückseite des Substrats 40 ein blanker HTS Film 41 angeordnet, der als die Masse der Minifilterschaltung dient, und ein Goldfilm 42 ist oben auf 41 angeordnet und dient als der Kontrakt zu dem Gehäuse des Minifilters, das nicht gezeigt ist. In 4a sind die Bezugszeichen 43, 44, 43a und 44a die vier rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren. Die Zwischenresonatorkopplungen werden durch die Kopplungsspalte 49, 49a, 49b zwischen benachbarten Resonatoren bereitgestellt. In diesem besonderen Fall wird die Zwischenresonator-Kopplungsstärke durch Ändern der Spaltbreite zwischen den benachbarten Resonatoren, sowie durch Verschieben des Orts des Resonators in der transversalen Richtung für die Feineinstellung eingestellt. Die Eingangskopplungsschaltung ist in der Form einer eingefügten Leitung, die eine Eingangsleitung 45 umfasst, deren verlängerte schmalere Leitung 46 in die aufgesplittete Spiralleitung des ersten Resonators 43 mit einem Kopplungsspalt 47 zwischen diesen eingefügt ist. Die Ausgangskopplungsschaltung ist in der Form einer eingefügten Leitung, die eine Ausgangsleitung 45a umfasst, wobei deren verlängerte schmalere Leitung 46a in die aufgesplittete Spiralleitung des letzten Resonators 43a mit einem Kopplungsspalt 47a dazwischen eingesetzt ist.
Goldverbindungsflecken 48 und 48a sind auf den Eingangs- und Ausgangsleitungen 45 bzw. 45a angeordnet, wobei die Verbindungen zu den Verbindern des Minifilters bereitgestellt werden, die nicht gezeigt sind.
5 zeigt eine dritte Ausführungsform und der 4-Pol HTS Minifilterschaltung mit vier achteckigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren als ihr Frequenzwählelement, wobei 5a die Vorderansicht zeigt, und 5b die Querschnittsansicht zeigt. Das Bezugszeichen 50 ist ein dielektrisches Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die HTS Minifilterschaltung ist auf der Vorderseite des Substrats 50 angeordnet, wie in 5a gezeigt. Wie mit der Querschnittsansicht angedeutet, die in 5b gezeigt, ist auf der Rückseite des Substrats 50 ein blanker HTS Film 51 angeordnet, der als die Masse der Minifilterschaltung dient, und ein Goldfilm 52 ist oben auf 51 angeordnet und dient als der Kontakt zu dem Gehäuse des Minifilters, das nicht gezeigt ist. In 5a sind die Bezugszeichen 53, 54, 53a und 54a die vier achteckigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren. Die Zwischenresonatorkopplungen werden durch die Kopplungsspalte 59, 59a, 59b zwischen benachbarten Resonatoren bereitgestellt. In diesem besonderen Fall wird die Zwischenresonator-Kopplungsstärke durch Einstellen der Spaltbreite zwischen benachbarten Resonatoren, sowie durch Verschieben des Resonatororts in der transversalen Richtung für die Feineinstellung dahingestellt. Die Eingangskopplungsschaltung ist in der Form einer eingefügten Leitung, die eine Eingangsleitung 55 umfasst, deren verlängerte Leitung 56 in die aufgesplittete Spiralleitung des ersten Resonators 53 mit einem Kopplungsspalt 57 dazwischen eingefügt ist. Die Ausgangskopplungsschaltung ist in der Form einer eingefügten Leitung, die eine Ausgangsleitung 55a umfasst, deren verlängerte Leitung 56a in die aufgesplittete Spiralleitung des letzten Resonators 53a mit einem Kopplungsspalt 57a dazwischen eingesetzt ist. Goldverbindungsflecken 58 und 58a sind auf den Eingangs- und Ausgangsleitungen 55 bzw. 55a angeordnet, wobei die Verbindungen zu den Verbindern des Minifilters, die nicht gezeigt sind, bereitgestellt werden.
6 zeigt eine vierte Ausführungsform der 4-Pol HTS Minifilterschaltung mit vier kreisförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren als ihr Frequenzwählelement, wobei 6a die Schaltungsvorderansicht zeigt und 6b die Querschnittsansicht zeigt. Das Bezugszeichen 60 ist ein dielektrisches Substrat, mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die HTS Minifilterschaltung ist auf der Vorderseite des Substrats 60 angeordnet, wie in 6a gezeigt. Wie mit der Querschnittsansicht angedeutet, die in 6b gezeigt ist, ist auf der Rückseite des Substrats 60 ein blanker HTS Film 61 angeordnet, der als die Masse der Minifilterschaltung dient, und ein Goldfilm 62 ist oben auf 61 angeordnet und dient als der Kontakt zu dem Gehäuse des Minifilters, das nicht gezeigt ist. In 6a sind die Bezugszeichen 63, 64, 63a und 64a die vier kreisförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren. Die Zwischenresonatorkopplungen werden durch die Kopplungsspalte 63b, 63c, 63d zwischen benachbarten Resonatoren bereitgestellt. Die Eingangskopplungsschaltung ist in der Form einer parallelen Leitung, die eine Eingangsleitung 66 und eine verlängerte Leitung 67 umfasst, wobei die Eingangskopplung durch den Spalt 69 zwischen 67 und dem ersten Resonator 63 bereitgestellt wird. Die Ausgangskopplungsschaltung ist in der Form einer parallelen Leitung, die eine Ausgangsleitung 66a und eine verlängerte Leitung 67a umfasst, wobei die Ausgangskopplung durch den Spalt 69a zwischen 67 und dem ersten Resonator 63 bereitgestellt wird. Zwei Abstimmflecken 65, 65a sind an der Mitte der Resonatoren 63 bzw. 63a für eine Feinabstimmung der Resonanzfrequenz der Resonatoren 63 und 63a angeordnet. Goldverbindungsflecken 68 und 68a sind auf den Eingangs- bzw. Ausgangsleitungen 66 und 66a angeordnet, wobei die Verbindungen zu den Verbindern des Minifilters, die in den Figuren nicht gezeigt sind, bereitgestellt werden.
7 zeigt eine Ausführüngsform einer 5-Pol HTS Minifilterschaltung mit fünf rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren als ihr Frequenzwählelement, wobei 7a die Schaltungsvorderansicht zeigt, und 7b die Querschnittsansicht zeigt. Das Bezugszeichen 70 ist ein dielektrisches Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die HTS Minifilterschaltung ist auf der Vorderseite des Substrats 70 angeordnet, wie in 7a gezeigt. Wie mit der Quersehnittsansicht angedeutet, die in 7b gezeigt ist, ist auf der Rückseite des Substrats 70 ein blanker HTS Film 71 angeordnet, der als die Masse der Minifilterschaltung dient, und ein Goldfilm 72 ist oben auf 71 angeordnet und dient als der Kontakt zu dem Gehäuse des Minifilters, das nicht gezeigt ist. In 7a sind die Bezugszeichen 73, 74, 73a und 74a die vier rechteckförmigen Eigenresonanz-Einzelspirahesonatoren, 75 ist ein rechteckförmiger Eigenresonanz-Doppelspiralresonator, der zentral angeordnet ist und somit als der mittlere Resonator dient. Die Verwendung des Doppelspiralresonators 75 an der Mitte des 5-Pol Filters soll die Schaltungsgeometrie symmetrisch in Bezug auf den Eingang und den Ausgang machen. Dieser Ansatz ist auch für irgendein symmetrisches Minifilter mit einer ungraden Anzahl von Polen geeignet. Die Zwischenresonatorkopplungen werden durch die Kopplungsspalte 75a, 75b, 75c, 75d zwischen benachbarten Resonatoren bereitgestellt. In diesem besonderen Fall wird die Zwischenresonator-Kopplungsstärke durch Ändern der Spaltbreite zwischen den benachbarten Resonatoren eingestellt. Die Eingangskopplungsschaltung ist in der Form einer eingefügten Leitung, die eine Eingangsleitung 76 umfasst, deren verlängerte schmalere Leitung 77 in die aufgesplittete Spiralleitung des ersten Resonators 73 mit einem Kopplungsspalt 78 zwischen ihnen eingefügt ist. Die Ausgangskopplungsschaltung ist in der Form einer eingefügten Leitung, die eine Ausgangsleitung 76a umfasst, deren verlängerte schmalere Leitung 77a in die aufgesplittete Spiralleitung des letzten Resonators 73a mit einem Kopplungsspalt 78a zwischen ihnen eingesetzt ist. Goldverbindungsflecken 79 und 79a sind auf den Eingangs- und Ausgangsleitungen 76 bzw. 76a angeordnet, wobei die Verbindungen zu den Verbindern des Minifilters bereitgestellt werden, die nicht gezeigt sind.
8 zeigt einen 2-Kanal Minimultiplexer, wobei jeder Kanal ein 8-Pol HTS Minifilter 83, 83a jeweils aufweist, mit acht rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren. 8a zeigt die Vorderansicht und 8b zeigt die Querschnittsansicht. Das Bezugszeichen 80 ist ein dielektrisches Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die HTS Minimultiplexerschaltung ist auf der Vorderseite von 80 angeordnet, wie in 8a gezeigt. Wie mit der Querschnittsansicht angedeutet, die in 8b gezeigt ist, ist auf der Rückseite des Substrats 80 ein blanker HTS Film 81 angeordnet, der als die Masse der Minimultiplexerschaltung dient, und ein Goldfilm 82 ist oben auf 81 angeordnet und dient als der Kontakt zu dem Gehäuse des Minimultiplexers, das nicht gezeigt ist. Die Frequenzbänder der Minifilter 83 und 83a sind geringfügig unterschiedlich und ohne eine Überlappung, um zwei Kanäle zu bilden. Die Eingangskopplungsschaltungen der Minifilter 83 und 83a sind in der Form paralleler Leitungen, die Eingangsleitungen 84 und 84a und die Spalte 84b, 84c jeweils zwischen 84 und 84a und dem ersten Spiralresonator der Filter 83 bzw. 83a umfasst. Ein Verteilungsnetz in einer einzelnen binären Splitterform dient als der Eingang des Multiplexers, der die gemeinsame Eingangsleitung 86, einen T-Übergang 87, und Verzweigungsleitungen 85 und 85a umfasst, wobei ein Ende von jeder der Verzweigungsleitungen 85 und 85a gemeinsam mit dem T-Übergang 87 verbunden ist, und das andere Ende davon jeweils mit den Kopplungsleitungen 84 bzw. 84a verbunden ist. Die Dimensionen von 84, 84a, 85, 85a, 86 und 87 werden in einer derartigen Weise gewählt, dass eine Anpassung der Eingangsimpedanz des Minimultiplexers über dem Frequenzbereich, der die zwei Frequenzbänderfilter 83 oder 83a abdeckt, bereitgestellt wird. Die Ausgangskopplungsschaltungen der Filter 83 und 83a sind in der Form paralleler Leitungen, die die Ausgangsleitungen 87a und 87b bzw. den Spalt 87c, 87d zwischen ihnen und den letzten Resonator der Filter 83 und 83a umfasst. Die Ausgangsleitungen 87a und 87b dienen auch als die Ausgangsleitungen für die zwei Kanäle des Minimultiplexers. Goldverbindungsflecken 88, 88a und 88b sind auf der Eingangsleitung 86 bzw. den Ausgangsleitungen 87a und 87b angeordnet, wobei die Verbindungen zu den Verbindern des Minimultiplexers bereitgestellt werden, die nicht gezeigt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Form der Eigenresonanz-Spirakesonatoren in dem Minimultiplexer nicht auf die in 8 gezeigte rechteckige Form beschränkt ist, sondern sie anstelle davon irgendeine Konfiguration aufweisen kann, wie in den 2a–2d gezeigt, oder irgendeine Kombination davon. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Form der Eingangs- und Ausgangskopplungsschaltungen der Minifilter in dem Minimultiplexer nicht auf die Form einer parallelen Leitung beschränkt ist, die in 8 gezeigt ist, sondern anstelle davon andere Leitungsformen verwendet werden können, beispielsweise die Form einer eingefügten Leitung oder Kombinationen der Form einer eingefügten Leitung und der Form einer parallelen Leitung.
9 zeigt eine zweite Ausführungsform des 4-Kanal Minimultiplexers, wobei jeder Kanal ein 8-Pol HTS Minifilter mit acht rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren aufweist, wobei 9a die Vorderansicht zeigt und 9b die Querschnittsansicht zeigt. Das Bezugszeichen 90 ist ein dielektrisches Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die HTS Minimultiplexerschaltung ist auf der Vorderseite von 90 angeordnet, wie in 9a gezeigt. Wie mit der Querschnittsansicht angezeigt, die in 9b gezeigt ist, ist auf der Rückseite des Substrats 90 ein blanker HTS Film 91 angeordnet, der als die Masse der Minimultiplexerschaltung dient, und ein Goldfilm 92 ist oben auf 91 angeordnet und dient als der Kontakt zu dem Gehäuse des Minimultiplexers, das nicht gezeigt ist. Die Bezugszeichen 93 und 93a werden verwendet, um zwei 2-Kanal Minimultiplexer ähnlich zu demjenigen, der in 8 gezeigt ist, zu bezeichnen. Die Frequenzbänder der Minimultiplexer 93 und 93a sind geringfügig unterschiedlich und ohne eine Überlappung. Das Verteilungsnetz an dem Eingang des 4-Kanal Minimultiplexers ist in einer 2-stufigen in Kaskade angeordneten binären Splitterform. Die erste Stufe umfasst eine gemeinsame Eingangsleitung 95, einen T-Übergang 96, und zwei Verzweigungsleitungen 94 und 94a, wobei ein Ende von jeder der Verzweigungsleitungen 94 und 94a gemeinsam mit dem T-Übergang 96 verbunden ist, und das andere Ende davon mit den Eingangsleitungen 94b bzw. 94c der zweiten Stufe verbunden ist. Die zweite Stufe umfasst zwei binäre Splitter, die tatsächlich die binären Eingangssplitter der zwei 2-Kanal Minimultiplexer 93 und 93a sind, und Eingangsleitungen 94b und 94c; T-Übergänge 94d und 94e; Verzweigungsleitungen 94f 94g, 94h und 94i; und Eingangsleitungen 94j, 94k, 94l und 94m umfassen, wie in 9a gezeigt. Die Dimensionen von 93, 93a, 94, 94a–94m, 95 und 96 sind in einer derartigen Weise gewählt, dass eine Anpassung der Eingangsimpedanz des Minimultiplexers über dem Frequenzbereich, der die vier Frequenzbänder des 4-Kanal Minimultiplexers abdeckt, bereitgestellt wird. Die Ausgangsschaltungen des 4-Kanal Minimultiplexers umfassen die zwei 2-Kanal Minimultiplexer-Ausgangsleitungen 97, 97a, 97b, 97c, die als die vier Ausgangsleitungen für den 4-Kanal Minimultiplexer dienen, wie in 9a gezeigt.
10 zeigt eine dritte Ausführungsform des 4-Kanal Minimultiplexers, wobei jeder Kanal ein 8-Pol HTS Minifilter 103, 103a, 103b, 103c (siehe 10a) mit acht rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren umfasst. 10a zeigt die Vorderansicht und 10b zeigt die Querschnittsansicht. Das Bezugszeichen 100 ist ein dielektrisches Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die HTS Minimultiplexerschaltung ist auf der Vorderseite von 100 angeordnet, wie in 10a gezeigt. Wie mit der Querschnittsansicht angedeutet, die in 10b gezeigt ist, ist auf der Rückseite des Substrats 100 ein blanker HTS Film 101 angeordnet, der als die Masse der Minimultiplexerschaltung dient, und ein Goldfilm 102 ist oben auf 101 angeordnet und dient als der Kontakt des Gehäuses des Minimultiplexers, das nicht gezeigt ist. Die Frequenzbänder der Filter 103, 103a, 103b, und 103c sind geringfügig unterschiedlich und ohne eine Überlappung, um vier Kanäle zu bilden. Das Verteilungsnetz an dem Eingang des 4-Kanal Minimultiplexers ist in der Form von angepassten Verzweigungsleitungen, die eine gemeinsame Eingangsleitung 106, einen Anpassungsabschnitt 105, Leitungsabschnitte 104, 104a, 104b, 104c und fünf Übergänge: 107, 107a, 107b, 107c und 107d umfasst. Die Dimensionen 104, 104a, 104b, 104c, 105, 106, 107, 107a, 107b, 107c und 107d sind in einer derartigen Weise gewählt, dass die Eingangsimpedanzanpassung des Minimultiplexers über den Frequenzbereich bereitgestellt wird, der die vier Frequenzbänder des 4-Kanal Minimultiplexers abdeckt. Die Ausgangsschaltungen des 4-Kanal Minimultiplexers umfassen die vier Ausgangsleitungen: 108, 108a, 108b, 108c des Minifilters, die als die vier Ausgangsleitungen für den 4-Kanal Minimultiplexer dienen, wie in 10a gezeigt.
11 zeigt ein Beispiel eines 4-Pol HTS Filters in der Streifenleitungsform mit vier rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren mit abgerundeten Ecken als dessen Frequenzwählelement. 11a ist eine Querschnittsansicht des Filters und 11b ist eine Ansicht gesehen entlang der Linien und Pfeile A-A der 11a. Das Bezugszeichen 110 ist ein dielektrisches Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Die HTS Filterschaltung ist auf der Vorderseite von 110 angeordnet, wie in 11b ersichtlich. Wie in 11a gezeigt, ist ein erster blanker HTS Film 111 auf der Rückseite von 110 angeordnet und dient als eine der zwei Masseebenen für die Streifenleitung, wobei ein erster Goldfilm 112 oben auf 111 angeordnet ist und als der Kontakt zu dem Gehäuse des Filters dient, das in den Figuren nicht gezeigt ist. Das Bezugszeichen 110a ist ein dielektrisches Superstrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite. Wie in 11a gezeigt ist ein zweiter blanker HTS Film 111a auf der Rückseite von 110a angeordnet und dient als eine der zwei Masseebenen für die Streifenleitung, wobei ein zweiter Goldfilm 112a oben auf 111a angeordnet ist und als der Kontakt zu dem Gehäuse des Filters (nicht gezeigt) dient. Wie ebenfalls in 11a gezeigt ist 110a in der Größe kleiner als 110, wodurch das erste Ende (z. B. die Mikrostreifenleitung 115 und der Goldkontaktflecken 116) der Eingangskopplungsschaltung und das erste Ende (z. B. die Mikrostreifenleitung 115a und der Goldkontaktflecken 116a) der Ausgangskopplungsschaltung jeweils außerhalb der Dimension von 110a angeordnet sind, das heißt, sie sind nicht von 110a abgedeckt. Obwohl nicht gezeigt sei darauf hingewiesen, dass das Spiegelbild der HTS Filterschaltung 113 auch auf der Vorderseite des Superstrats 110a angeordnet und die zwei Spiegelbildschaltungen ausgerichtet sein könnten. Wie in 11b sind die Eingangs- und Ausgangsstreifenleitungen 114 und 114a jeweils in breitere Mikrostreifenleitungen 115 und 115a auf dem Substrat 110 verlängert. Goldkontaktflecken 116 und 116a sind auf 115 bzw. 115a (auch in 11a ersichtlich) angeordnet, wobei die Verbindungen zu dem Filtergehäuse (nicht gezeigt) bereitgestellt werden. Die Leitungsbreite von 114, 114a, 115 und 115a ist in einer derartigen Weise gewählt, dass die Impedanzanpassung an dem Eingang und dem Ausgang erreicht wird.
In sämtlichen der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen wird bevorzugt, dass der Hochtemperatur-Supraleiter aus der Gruppe gewählt wird, die aus YBa₂Cu₃O₇, Tl₂Ba₂CaCu₂O₈, TlBa₂Ca₂Cu₃O₉, (TlPb) Sr₂CaCu₂O₉ und (TlPb) Sr₂Ca₂Cu₃O₉ besteht. Es wird auch bevorzugt, dass das Substrat und das Superstrat unabhängig aus der Gruppe gewählt werden, die aus LaAlO₃, MgO, LiNbO₃, Saphir und Quarz besteht.
BEISPIEL
Ein Minifilter mit dem Schaltungslayout, das in 12 gezeigt ist, wurde erstellt. Es ist ein 3-Pol Minifilter mit einer 0,16 GHz Bandbreite zentriert bei 5,94 GHz in der Mikrostreifenleitungsform. Es besteht aus drei rechteckförmigen Eigenresonanz-Spiralresonatoren 121, 121a, 121b, wobei jeder einen Abstimmflecken in der Mitte 122, 122a, 122b, und Eingangs- und Ausgangskopplungsschaltungen 123, 123a mit parallelen Leitungen aufweist. Das Substrat 120 ist aus LaAlO₃ mit Dimensionen von 5,250 mm × 3,00 mm × 0,508 mm gebildet. Der HTS Dünnfilm ist Tl₂Ba₂CaCu₂O₈. Das Filter wurde hergestellt und bei 77 K getestet. Die gemessenen S-Parameter Daten sind in 13 gezeigt, wobei 13a S₁₁ über den Frequenzdaten zeigt, 13b S₁₂ über den Frequenzdaten zeigt, 13c S₂₁ über den Frequenzdaten zeigt, und 13d S₂₂ über den Frequenzdaten zeigt. S₁₁ ist die Größe des Reflektionskoeffizienten von dem Eingangsanschluss; S₂₁ ist die Größe des Übertragungskoeffizienten von dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss; S₂₂ ist die Größe des Reflektionskoeffizienten von dem Ausgangsanschluss; und S₁₂ ist die Größe des Übertragungskoeffizienten von dem Ausgangsanschluss an den Eingangsanschluss. Die gemessenen Daten waren in Übereinstimmung mit den durch einen Computer simulierten Daten mit guter Übereinstimmung, wobei die Mittenfrequenzdifferenz kleiner als 0,1% war.
Das Minifilter wurde auch unter zwei unterschiedlichen Bedingungen getestet. Das heißt, es wurde in der Luft mit einer relativen dielektrischen Konstanten von ungefähr 1,00 getestet und wurde auch in flüssigem Stickstoff mit einer relativen dielektrischen Konstanten von ungefähr 1,46 getestet. 14 zeigt den S₂₁ über den Frequenzdaten, wobei 131 für die Luftdaten ist und 132 für die Daten in flüssigem Stickstoff ist. Ergebnisse zeigen eine Frequenzverschiebung von nur 0,04 GHz entsprechend zu 0,67% der Mittenfrequenz an. Die sehr kleine Frequenzverschiebung ist eine indirekte Anzeige darüber, dass der größte Teil der elektromagnetischen Felder unterhalb der Spiralresonatoren eingeschlossen sind.
Das Filter wurde auch bei einer Leistung von 0,01 Watt bis zu 0,2 Watt cw rf Leistung ohne messbaren Änderungen in seinem S₂₁ getestet. Die Testdaten des Abfangs dritter Ordnung (Third Order Intercept, TOI) sind in 15 in einem Logarithmus-Logarithmus-Maßstab gezeigt, wobei 141 die am besten angepasste gerade Linie mit einer Steigung von 1 für die Summe der zwei Grundfrequenzen ist und 142 die am besten passende gerade Linie mit einer Steigung von 3 für die Intermodulation dritter Ordnung ist. Die Überschneidung dieser zwei Linien ergab eine TOI von 39,5 dBm. Sowohl die Leistung als auch die TOI Testdaten waren in Übereinstimmung mit ähnlichen herkömmlichen HTS Filtern mit der gleichen Linienbreite und einer zehn mal so größeren Größe. Diese Testergebnisse bestätigten, dass die Größenreduzierung um eine Ordnung bzw. einen Grad das Betriebsverhalten des Minifilters im Vergleich mit dem herkömmlichen Entwurf nicht verschlechtert.

Claims

Eigenresonanz-Spiralresonator, umfassend eine Leitung, die in einer spiralförmigen Weise orientiert ist, so dass benachbarte Leitungen von einander durch einen Spalt beabstandet sind, um so eine zentrale Öffnung innerhalb der Spirale zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung ein Hochtemperatur-Supraleiter (11, 15, 20, 25) ist, wobei der Spalt- (12, 16, 21, 26) -abstand kleiner als die Leitungsbreite ist und die Dimensionen der zentralen Öffnung (13, 17, 22, 27), die innerhalb der Spirale gebildet ist, ungefähr gleich zu dem Spaltabstand ist.
Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator eine Form aufweist, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Rechteck, einem Rechteck mit gerundeten Ecken, einem Polygon und einem Kreis besteht.
Resonator nach Anspruch 1, ferner umfassend einen leitenden Abstimmanschluss (28), der in der zentralen Öffnung angeordnet ist.
Resonator nach Anspruch 2, ferner umfassend einen leitenden Abstimmanschluss (28), der in der zentralen Öffnung angeordnet ist.
Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Supraleiter aus der Gruppe gewählt ist, die aus YBa₂Cu₃O₇, Tl₂Ba₂CaCu₂O₈, TlBa₂Ca₂Cu₃O₉, (TlPb)Sr₂CaCu₂O₇ und (TlPb)Sr₂Ca₂Cu₃O₉ besteht.
Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Supraleiter aus der Gruppe gewählt ist, die aus YBa₂Cu₃O₇, Tl₂Ba₂CaCu₂O₈, TlBa₂Ca₂Cu₃O₉, (TlPb)Sr₂CaCu₂O₇ und (TlPb)Sr₂Ca₂Cu₃O₉ besteht.
Resonator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Supraleiter aus der Gruppe gewählt ist, die aus YBa₂Cu₃O₇, Tl₂Ba₂CaCu₂O₈, TlBa₂Ca₂Cu₃O₉, (TlPb)Sr₂CaCu₂O₇ und (TlPb)Sr₂Ca₂Cu₃O₉ besteht.
Resonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Supraleiter aus der Gruppe gewählt ist, die aus YBa₂Cu₃O₇, Tl₂Ba₂CaCu₂O₈, TlBa₂Ca₂Cu₃O₉, (TlPb)Sr₂CaCu₂O₇ und (TlPb)Sr₂Ca₂Cu₃O₉ besteht.
Mini-Filter, umfassend: a) ein Substrat (30) mit einer Vorderseite und einer Rückseite; b) wenigstens zwei Resonatoren (33, 33a, 34 und/oder 34a) in einem engen Kontakt mit der Vorderseite des Substrats (30), wobei jeder der wenigstens zwei Resonatoren ein Eigenresonanz-Spiralresonator, wie in irgendeinem der Ansprüche 1–8 aufgeführt, individuell ist; c) wenigstens eine Zwischenresonatorkopplung (38, 38a und/oder 38b); d) eine Eingangskopplungsschaltung, umfassend eine Übertragungsleitung (35) mit einem ersten Ende, das mit einem Eingangsverbinder des Filters verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit einem ersten der wenigstens zwei Resonatoren (33) gekoppelt ist; e) eine Ausgangskopplungsschaltung, umfassend eine Übertragungsleitung (35a) mit einem ersten Ende, das mit einem Ausgangsverbinder des Filters verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit wenigstens einem der wenigstens zwei Resonatoren (33a) gekoppelt ist; g) einen blanken leitenden Film (31), der auf der Rückseite des Substrats als eine Masseebene angeordnet ist, wobei der blanke leitende Film (31) ein blanker Hochtemperatur-Supraleiterfilm ist; und g) einen Film (32), der auf dem blanken leitenden Film (31) als der Kontakt zu einem Gehäuse für das Mini-Filter angeordnet ist.
Mini-Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: h) ein Superstrat (110a) mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei die Vorderseite des Superstrats (110a) in einen engen Kontakt mit den wenigstens zwei Resonatoren, die auf der Vorderseite des Substrats (110) angeordnet sind, positioniert ist; i) einen zweiten blanken Hochtemperatur-Supraleiterfilm (111a), der auf der Rückseite des Superstrats (110a) als eine Masseebene angeordnet ist; und j) einen zweiten Film (112a), der auf der Oberfläche des zweiten Hochtemperatur-Supraleiterfilms (111a) als der Kontakt zu einem Gehäuse für das Mini-Filter angeordnet ist.
Mini-Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Superstrat (110a) in der Größe kleiner als das Substrat (110) ist; und das erste Ende der Eingangskopplungsschaltung (115 und 116) und das erste Ende der Ausgangskopplungsschaltung (115a und 116a) jeweils außerhalb der Dimensionen des Superstrats (110a) angeordnet sind.
Mini-Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Supraleiterfilm (31) aus der Gruppe gewählt ist, die aus YBa₂Cu₃O₈, Tl₂Ba₂CaCu₂O₈, TlBa₂Ca₂Cu₂O₉, (TlPb)Sr₂CaCu₂O, und (TlPb)Sr₂Ca₂Cu₃O₉ besteht.
Mini-Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hochtemperatur-Supraleiterfilm (111 und 111a) unabhängig gewählt ist aus der Gruppe, die aus YBa₂Cu₃O₇, Tl₂Ba₂CaCu₂O₈, TlBa₂Ca₂Cu₃O₉, (TlPb)Sr₂CaCu₂O₇ und (TlPb)Sr₂Ca₂Cu₃O₉ besteht.
Mini-Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (110) und das Superstrat (110a) jeweils unabhängig aus der Gruppe gewählt sind, die aus LaAlO₃, MgO, LiNbO₃, Saphir oder Quarz besteht.
Mini-Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der leitende Abstimmanschluss (36) in der zentralen Öffnung von ein oder mehreren der wenigstens zwei Selbstresonanz-Spiralresonatoren (33, 33a, 34 und/oder 34a) angeordnet ist.
Mini-Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine ungerade Anzahl von Selbstresonanz-Spiralresonatoren (73, 73a, 74, 74a, 75a) enthält, wobei ein Resonator zentral angeordnet (75) ist, und wobei der zentral angeordnete Resonator (75) einen Doppelspiralenform-Resonator umfasst, der zwei verbundene Spiralleitungen mit einer l80° Rotationssymmetrie umfasst.
Mini-Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangs- oder Ausgangskopplungsschaltung in der Parallel-Leitungsform ist und umfasst: a) eine Mikrostreifenleitung (35 oder 35a); b) einen Spalt (39 oder 39a) zwischen der Mikrostreifenleitung (35 oder 35a) und dem ersten Resonator (33) oder dem letzten Resonator (33a) des Mini-Filters; und c) einen Goldanschluss (37 oder 37a) an dem Ende der Mikrostreifenleitung (35 oder 35a).
Mini-Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Film (32), der auf dem blanken leitenden Film (31) angeordnet ist, Gold ist.
Mini-Multiplexer, umfassend: a) wenigstens zwei Mini-Filter (83 und 83a), wobei jedes Mini-Filter ein Frequenzband aufweist, welches sich von den Frequenzbändern von jedem anderen Mini-Filter unterscheidet und nicht mit diesen überlappt, wobei jedes der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie im Anspruch 9 aufgeführt umfasst; b) ein Verteilungsnetz mit einem gemeinsamen Port (86) als einen Eingang für den Mini-Multiplexer und Mehrfach-Verteilungsports (85 und 85a), wobei ein Verteilungsport (85) mit einem entsprechenden Eingang (84 und 84b) eines Mini-Filters (83) verbunden ist; und c) mehrere Ausgangsleitungen (87a und 87b), wobei eine Ausgangsleitung (87b) mit einem entsprechenden Ausgang eines Mini-Filters (83) verbunden ist.
Mini-Muliplexer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie in Anspruch 10 aufgeführt umfasst.
Mini-Multiplexer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie im Anspruch 11 aufgeführt umfasst.
Mini-Multiplexer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie im Anspruch 12 aufgeführt umfasst.
Mini-Multiplexer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie im Anspruch 13 aufgeführt umfasst.
Mini-Multiplexer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie im Anspruch 14 aufgeführt umfasst.
Mini-Multiplexer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie im Anspruch 15 aufgeführt umfasst.
Mini-Multiplexer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie im Anspruch 16 aufgeführt umfasst.
Mini-Multiplexer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie im Anspruch 17 aufgeführt umfasst.
Mini-Multiplexer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der wenigstens zwei Mini-Filter individuell ein Mini-Filter wie im Anspruch 18 aufgeführt umfasst.