基于H型谐振器的L波段宽带高温超导滤波器设计

宽带的高节数高温超导滤波器一直是滤波器设计和制作的难点.主要原因是强耦合的设计要求使得谐振器间距过小,制作精度难以达到.本文使用H型强耦合谐振器设计和制作了中心频率1335 MHz、相对带宽28%的14节高陡峭度超导滤波器.H型谐振器具有耦合系数高和结构紧凑、对称的性质.高的耦合系数使得H型谐振器适合用于宽带滤波器的设计;紧凑、对称的结构使得高节数的高性能宽带滤波器的实现成为可能.高温超导滤波器在无调谐情况下测试结果为S21<0.33 dB,S11<-11.3 dB,带外抑制超过70dB,矩形系数达到1.3,测试结果与设计结果符合得很好.     

基于双螺旋谐振器的UHF（超高频）低频段窄带高温超导滤波器设计

由于弱耦合要求和基片尺寸限制,相对带宽小于0.5%的UHF低频段(～500 MHz)窄带高温超导滤波器一直是滤波器设计制作中的难点.本文应用双螺旋弱耦合谐振器设计制作了中心频率为500 MHz,相对带宽为0.4%的窄带高温超导滤波器.通过采用80 m微带线宽工艺,六节滤波器尺寸仅为28ram 8mm.测量结果表明,未经调谐,通带内最小和最大插损分别为0.12 dB、0.46 dB,反射损耗小于-13.9 dB;带边陡峭度为34 dB/MHz,带外抑制为70dB.设计及测试结果表明,双螺旋谐振器比较适用于低频窄带滤波器的设计.     

CDMA移动通信用高温超导滤波器的研制

本文提出了一种新型H型环带谐振器,具有结构紧凑,尺寸小,Q值高,非相邻耦合弱等优点.该谐振器在一侧设置了一个开口,改变开口位置,可以在较大范围内改变谐振器谐振频率,并且能够改变基频和二倍谐频之间的频率间隔.对于直连型馈线引入方式,H型环带谐振器容易实现外部Q值的匹配,同时对输入/输出端谐振器的谐振频率影响很小.本文还基于H型环带谐振器,采用2英寸双面YBCO高温超导薄膜设计并制作了用于CDMA移动通信系统的12节高温超导滤波器.该滤波器的中心频率为832MHz,相对带宽为1.6%.在70K温度下的测试结果显示滤波器的带内插入损耗低于0.28dB,反射损耗优于-15.5dB,带外抑制约为75dB,通带低频端带边陡峭度超过30dB/MHz,高频端带边陡峭度超过20dB/MHz.     

高温超导组合滤波器的研制

为满足射电天文观测接收系统的工程应用,在高温超导带通滤波器频段(1.2GHz-5GHz)内要求实现部分频段(1.8 GHz-2.6GHz)带阻滤波功能。采用带通滤波器和带阻滤波器串联组合的集成化设计方法,通过折叠微带线、终端短路等方式对滤波器进行小型化设计。通过理论计算和模拟仿真,最终设计并制作出符合指标要求的高温超导组合滤波器,测试结果与仿真计算一致,满足工程应用需求。     

大功率高温超导滤波器的设计与功率测试

本文在双面YBCO高温超导薄膜上设计并制备了两节大功率超导滤波器,根据滤波器功率承载能力与最大电流密度之间的关系,减小电流密度和分散电流密度的分布是提高功率承载能力的关键.本文采用增加超导谐振器尺寸、优化几何结构及改进馈线耦合方式的方法,设计了两节2 GHz频段梭型谐振器结构的滤波器.设计及测量结果显示了馈线结构及谐振器几何尺寸优化程度对超导滤波器功率承载能力有不同程度的影响,说明了在大功率超导滤波器设计中应选用无结点间隙耦合式馈线以抑制电流密度的聚集.采用优化后的谐振器结构制备的梭型两节超导滤波器经测试功率承载能力为2 W.超导滤波器的尺寸为25×12 mm LaAlO3基片,中心频率2.022 GHz,相对带宽为2.4%.同时给出了超导滤波器功率测试的结构和方法.     

直线型端口类盒型拓扑结构微带滤波器设计

针对微波带通滤波器小型化、高性能的应用需求,研究了基于双模方形环谐振器的直线型端口的两阶带通滤波器响应特性,进一步提出使用单模谐振器和双模谐振器相结合设计直线型端口的高阶微带带通滤波器。提出的直线型端口双模方形环微带滤波器具有类盒型拓扑结构,能够实现灵活的频率响应特性,而且传输零点的位置可调,能够满足不同的应用需求。由于存在寄生的对角交叉耦合路径,提出的类盒型拓扑结构微带滤波器可以实现一个额外的传输零点。为了验证结构和设计方法的可行性,设计了两款中心频率为5.2 GHz的三阶和五阶带通滤波器,最后进行加工和测试。耦合矩阵响应、仿真和测试结果一致性较好,表明了该结构实现高性能滤波器的可行性。     

高温超导滤波器频带偏移研究——以L波段滤波器为例

基于阶跃阻抗谐振器(SIR)设计了一款工作于L波段的十四阶高温超导带通滤波器,借助交叉耦合结构在通带两侧引入两对传输零点以提高带边陡度,使得滤波器的60 dB/3 dB矩形度优于1.25。滤波器制备在双面涂覆YBCO薄膜、厚度为0.500 mm的MgO基片上。70 K温度下的测试结果表明：其带外抑制优于80 dB,插入损耗优于0.31 dB,反射损耗优于14.8 dB,通带范围为1.235～1.271 GHz。与设计指标1.250～1.286 GHz相比,通带范围往低频端整体偏移15 MHz。梳理滤波器的研制流程,经分析后认为频带偏移主要源于光刻、刻蚀中线条变窄效应和超导薄膜在超导状态下的动态电感效应。     

一种高温超导介质滤波器的研制

本文提出了采用单个屏蔽腔设计超导介质滤波器的方法,在腔内并列摆放多个圆柱形介质谐振器,在谐振器上下两个端面均采用一片超导薄膜作为短路面,滤波器结构紧凑,制备工艺简单.根据此方法设计并制作了一个两节超导介质滤波器,实测滤波器中心频率为18.13 GHz,带宽为70 MHz,带内插损小于0.4 dB.测试结果与设计指标相符合,更高节数的高温超导介质滤波器正在研制中.     

适用于雷达接收系统的高温超导窄带滤波器的研制

本文介绍一种为某专用雷达设计制作的工作于L波段的高温超导窄带带通滤波器.该滤波器为10阶微带谐振器级联(CQ)滤波器,引入两个交叉偶合构成一对传输零点形成准椭圆函数传输特性来增加带外陡度.为减小非近临谐振器间寄生耦合对滤波器传输特性的影响,对所采用的谐振器结构进行了精心选择.整个滤波器制作在一块2英寸的MgO衬底YBCO片上,封装后滤波器的整体尺寸为60mm×30mm×18mm.滤波器带宽为5MHz(FBW小于0.4%).实测滤波器带边陡度超过100dB/MHz,在中心频率(3MHz以外频域抑制好于-60dB,滤波器宽带抑制好于-80dB,滤波器最小插损0.3dB.     

环形谐振器辅助马赫-曾德尔干涉仪型波长交错滤波器的研究

将环形谐振器与马赫-曾德尔干涉仪相结合,利用谐振器反馈回路引入的相位调节效应,选择合适的谐振器耦合角,设计出一种具有最大平坦滤波响应的环形谐振器辅助马赫-曾德尔干涉型波长交错滤波器.与普通马赫-曾德尔干涉型波长交错滤波器相比,不仅阻带抑制(>38dB)和过渡带滚降特性明显加强,而且在通带中心15 GHz范围,将色散降低到±10 ps/nm以内,从而可以有效避免对传输信号造成失真.在此基础上,进一步研究环周长(Lr)与马赫-曾德尔干涉臂长差(△L)之间的关系,指出波长交错滤波器奇偶输出端口的带宽分配比直接决定于Lr/△L,当调整Lr/△L=1/2,可以实现具有1;2非对称带宽分配特性的新型波长交错滤波器,为10 Gb/s向10 Gb/s 40 Gb/s系统升级提供一种简单、灵活的方式.     

Novel miniature high power ring filter

The power handling capability of high temperature superconducting (HTS) filters is limited due to current concentration at the edges of the superconducting films. This problem can be overcome by using ring resonator, which employs the edge current free and reduces the current concentration. However, this kind of filter has large size. In order to reduce the cost and size and increase the power handling capability, in this paper a HTS photonic bandgap (PBG) structure filter is developed. The proposed pass band filter with PBG structure exhibits center frequency 12.23 GHz, steepness (about 35 dB/GHz), bandwidth (−3 dB bandwidth is 0.045 GHz), and low insertion loss (about −0.5 dB), and can handle input power up to 1 W (this value was limited by the measurement instrument used in the experiment). The size is reduced by 25%, insertion loss reduced by 37.5%, and steeper roll-off of the filter is also obtained compared with that in published literature.     

超导滤波器的研究

介绍了超导滤波器的原理、设计、制作和实验结果。利用YBCO超导薄膜制作出超导滤波器,在65K时,测试出滤波器的技术指标为中心频率1.18GHz,带宽196MHz,带内平坦,带内最小插损0.06dB。     

窄带大功率高温超导滤波器的研制

本文中,我们介绍一个中心频率大约为2.015GHz,相对带宽小于0.35%,通带内回波损耗大于20dB,带外零点高度大约为-45dB,通带内插损小于0.2dB的窄带四阶双模片型高温超导滤波器.我们对该滤波器在不同输入功率下的传输特性曲线进行了测试,测试结果表明,在输入微波信号功率值为11.7W的情况下,该器件的传输特性曲线没有发生显著退化.     

新型交叉指型低频宽阻带超导滤波器研究

本文提出了一种用于低频宽阻带滤波器设计的新型交叉指型谐振器(Interdigital Resonator,IDR),该谐振器具有结构紧凑、实现较强耦合、显著推高寄生通带等优异性能.文中设计和制作了中心频率为360MHz、相对带宽为4%的12节高温超导滤波器,实测结果表明,从通带到1.27GHz的阻带抑制超过80dB,第一寄生通带与基频通带频率比超过3.5.测试结果与设计结果符合得很好.     

Tl2Ba2CaCu2O8薄膜高温超导滤波器研制

开发了一种基于模型的高温超导滤波器仿真设计方法和一种紧凑的组群式G型谐振器结构,研制出了用于WCDMA系统上的带宽为20MHz中心频率为1950MHz的8阶高温超导滤波器.该滤波器由Tl2Ba2CaCu2O8薄膜制作而成,制作在LaAlO_3衬底上,尺寸大小仅为26mm×18mm.实测结果显示滤波器的最小插入损耗为0.25dB,带外抑制大于70dB,回波损耗好于-16dB,实测的滤波器带宽、中心频率以及边带陡峭度也与仿真设计结果吻合很好,验证了设计方法和制作工艺的准确性.     

高温超导膜微波表面电阻Rs对微波滤波器插入损耗的贡献

利用微波电路仿真软件，分析高温超导膜微波表面电阻Rs对各种频率、各种级数的滤波器插入损耗的影响.结果给出:对于级数较少、频率较低的滤波器，使用Rs较高的薄膜或厚膜就可以得到很低的插入损耗;对于频率较高(高于6GHz),或极数较多（超过8极）的滤波器，就必须采用高质量的高温超导薄膜（Rs<1mΩ）. 关键词： 高温超导膜 微波滤波器 微波表面电阻 插入损耗     

C波段卫星通信中高温超导双工器的研制

文中提出一种紧凑型的c波段高温超导双工器的设计方法,利用一个公共输入节点和两个带通滤波器组成双工器。公共节点是由中心谐振频率处在防护频带上的开环微带环实现,每个带通滤波器都包括四个矩形螺旋线谐振器。双工器的中心频率为4GHz,带宽为0.23GHz。该双工器采用氧化镁衬底双面镝钡铜氧高温超导薄膜加工而成,薄膜上下表面均溅射金保护层。将超导双工器封装在铜制屏蔽盒中并在机械制冷机(77K温度条件)中测试。实验结果表明,每个信道的插入损耗低于0.1dB,两个信道间的隔离度超过40dB。仿真和实验结果达到很好的吻合,有效的说明了设计方法的正确性。     

窄带高温超导滤波器的研制

介绍了S波段窄带高温超导滤波器的设计过程,采用仿真建模和拓扑结构优化关键技术,在不需调谐的情况下,研制成功中心频率2.1GHz,带宽6MHz,群延时起伏在4.3MHz(71.7%带宽)内达到了18.321ns,插入损耗小于0.5dB,带边陡度大于17dB/MHz,驻波比优于1.5的高温超导滤波器,有利于器件的工程化应用。     

超导滤波器、超导卫星接收机和超导气象雷达的研究进展

近年来，国际上高温超导微波器件的应用取得了重大突破，国内的高温超导微波应用也取得了重要进展．文章回顾了中国科学院物理研究所在探索具有高性能的高温超导滤波器以及同一芯片上不同类型超导滤波器的集成等方面的一些进展，其中部分滤波器分别在相对带宽（优于0．25％）、返回损耗（优于-22．5dB）、带边陡度（例如大于140dB／MHz）、指定频段的抑制（超过110dB）等方面显示了优异的性能．对于在国内进行的首次高温超导滤波器空间环境模拟试验、首次使用高温超导滤波器子系统的卫星接收机前端地面试验和首次使用高温超导微波子系统的气象雷达的现场试验，文章也做了介绍．     

9.7GHz高频窄带高温超导滤波器设计

本文设计了一种高频窄带高温超导微带滤波器,使用Sapphire基片上的双面YBCO高温超导薄膜,中心频率约为9.7GHz,相对带宽约为1.2%.电磁分析软件Sonnet的设计结果表明,滤波器带外抑制超过90dB,带内波纹小于0.12dB,基片尺寸为32.74mm×8.72mm.