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.     

VHF波段超窄带超导滤波器的设计及其时域调谐

低频超窄带滤波器要求谐振器间的耦合极弱,设计受到薄膜面积限制,其性能对基片介电常数的均匀性极为敏感且受制作和封装精度的限制.这些因素将导致的滤波器中心频率偏移和带内性能恶化.对此,时域调谐提供了很好的解决途径.我们采用嵌套双螺旋型谐振器,在37mm×12mm的MgO基片上设计制作了4节超导滤波器,中心频率为166.9 MHz,相对带宽仅为0.29%.由于基片厚度或介电常数的偏差及不均匀性会导致滤波器中各谐振的谐振频率偏移,使通带性能受到很大影响.我们提出了将机械调谐与时域分析相结合的方法,通过机械调谐纠正各谐振器的谐振频率,改善滤波器性能.同时为了解决多信道滤波器系统中,各滤波器工作于同一温度下,系统频率一致性问题,通过时域调谐获得频率可调范围信息.对上述0.5 MHz带宽的VHF波段滤波器应用时域调谐方法,得到的可调范围为0.7 MHz,测试结果表明该滤波器具有优异性能,带内插损小于0.4 dB,反射损耗达到14.8 dB,带外抑制大于-70 dB.     

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.     

WCDMA系统用窄带高温超导滤波器设计

本文在耦合矩阵的基础上设计了一个适用于WCDMA系统的12节窄带高温超导带通滤波器.滤波器基于镀有双面YBCO超导薄膜的蓝宝石基片设计,尺寸为47.54mm×18.12mm,中心频率为1940MHz,相对带宽为0.5%.滤波器采用具有非相邻耦合较弱特点的双层环带结构谐振器,抑制了不可控传输零点的出现.设计结果显示高频端和低频端的通带带边陡峭度分别达到了27.3dB/MHz和30dB/MHz,带内插损小于0.07dB,带外抑制达到100dB.本文同时讨论了交叉耦合对滤波器性能的影响.     

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.     

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.     

采用四分之一波长谐振器的P波段高温超导滤波器研制

本文采用四分之一波长螺旋型谐振器设计并制作了6节P波段高温超导滤波器.谐振器一端开路,另一端与接地块连接实现短路.接地块与封装盒的盒壁之间通过点焊硅铝丝进行连接.通过电磁场仿真分析了硅铝丝的数量对滤波器性能的影响.滤波器未经调谐的测试结果与仿真结果符合得很好,其通带内最小插损仅为0.07dB,反射损耗优于17.9dB,且第一个寄生通带位于基频中心频率的三倍处.表明通过硅铝丝点焊实现接地的方法对滤波器性能的影响很小,且采用四分之一波长谐振器可以有效抑制二倍频.     

CDMA系统用高温超导滤波器的设计

本文根据CDMA(Code Division Multiple Access)移动通信系统的要求,采用Sapphire基片上的双面YBCO高温超导薄膜设计和制作了中心频率为830MHz,相对带宽为1.2%的16节高温超导滤波器,其谐振器采用了折叠型结构,能够显著地减小所用基片的尺寸.在68K的测试温度下实验结果与设计结果很好的吻合,带边陡峭度达到了50dB/MHz,带外抑制超过80dB,带内插损小于0.27dB,而尺寸限制在两英寸内.     

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.     

计算机模拟在高温超导滤波器调谐中的应用

本文通过使用电磁模拟软件对滤波器的滤波特性和电磁场分布进行了研究,模拟结果显示通过插入介质钉可以在基本不影响滤波器带内特性的条件下实现中心频率可调.在研究了螺钉对谐振器和谐振器间耦合的影响后,我们对一5节前向耦合型带通超导滤波器的调谐特性进行了模拟计算,其中心频率为3030MHz,带宽220MHZ,中心频率可调范围+20MHz.对另一4节C形滤波器调谐计算显示,其中心频率2190MHz,带宽55MHz,中心频率可调范围±4MHz.     

一种免调谐窄带高温超导滤波器

研制了一种适用于超导子系统接收机前端的免调谐窄带高温超导滤波器.其中心频率为2287 MHz,带宽为8 MHz.该高温超导滤波器采用了10阶准椭圆(quasi-elliptic)函数型结构,并引入了2对改善带边陡度的传输零点.滤波器的计算机仿真是用Sonnet软件完成的.为了达到免调谐的目的,选用了一种结构简单的双折线型谐振器.此滤波器是在直径为2英寸、厚度约为0.5mm MgO衬底的双面超导薄膜上制作的.测量结果表明,该滤波器在未经调谐的情况下具有很好的性能:相对带宽0.35%,带外抑制>80 dB,插入损耗<0.2 dB,反射损耗<-15.5dB(通带7MHz范围之内).     

A miniaturized HTS microwave receiver front-end subsystem for radar and communication applications

This paper presents a miniaturized high performance high temperature superconducting (HTS) microwave receiver front-end subsystem, which uses a mini stirling cryocooler to cool a high selective HTS filter and a low noise amplifier (LNA). The HTS filter was miniaturized by using specially designed compact resonators and fabricating with double-sided YBCO films on LAO substrate which has a relatively high permittivity. The LNA was specially designed to work at cryogenic temperature with noise figure of 0.27 dB at 71 K. The mini cryocooler, which is widely used in infrared detectors, has a smaller size (60 mm × 80 mm × 100 mm) and a lighter weight (340 g) than the stirling cryocoolers commonly used in other HTS filter subsystem. The whole front-end subsystem, including a HTS filter, a LNA, a cryocooler and the vacuum chamber, has a size of only φ120 mm × 175 mm and a weight of only 3.3 kg. The microwave devices inside the subsystem are working at 71.8 K with a consumed cooling power of 0.325 W. The center frequency of this subsystem is 925.2 MHz and the bandwidth is 2.7 MHz (which is a fractional bandwidth of 0.2%), with the gain of 19.75 dB at center frequency and the return loss better than ?18.11 dB in the pass band. The stop band rejection is more than 60 dB and the skirt slope is exceeding 120 dB MHz^?1. The noise figure of this subsystem is less than 0.8 dB. This front-end subsystem can be used in radars and communication systems conveniently due to it’s compact size and light weight.     

Compact Hybrid Subsystem of 16 Channel Optical Demultiplexer, 2x2 Switches, Optical Power Monitors and Control Circuit

A compact hybrid subsystem of 16channel optical demultiplexer, 2x2 switches, optical power monitors and control circuit board is developed. The subsystem is able to add or drop arbitrary optical channels and monitor the optical power level by software commands. The size of the subsystem is 170x200x30(mm).     

具有宽阻带特性的6阶自均衡高温超导滤波器

本文提出了一种新颖的L型阶跃阻抗谐振器,该谐振器具有结构紧凑、抑制二次谐波能力强及易于实现电耦合及磁耦合等特点。使用该谐振器设计并制作了一款具有小型化、高选择性及宽阻带特性的6阶自均衡高温超导滤波器。测试结果表明,在70 K温度下滤波器的中心频率为1 601 MHz,3 dB带宽为24 MHz,带内回波损耗<14.87 dB,带内最大插入损耗约为0.22 dB,60%带宽范围内群时延起伏<3.13 ns,通带两侧具有一对深度的传输零点,实现了1 632~5 511 MHz范围内衰减>60 dB的宽平坦阻带。     

移动通信GSM900系统用高温超导滤波器设计与测试

本研究设计了应用于移动通信中使用最广泛的GSM900系统的12节高温超导微带滤波器。由于采用新型谐振器结构，该滤波器具有结构紧凑、带边陡峭的优点。滤波器的中心频率为902．5MHz，带宽25MHz。在50K的测试温度下实验结果与设计结果较好地符合，通带内插入损耗小于0．25dB。基于测试结果，本还详细讨论了基片的介电常数和测试温度对滤波器中心频率的影响。     

一种高选择性可调带通与带阻可切换滤波器

设计了一种高选择性可调带通与带阻可切换微带滤波器。在微带谐振器及枝节末端加载变容二极管实现中心频率的可调;在输入与输出端口馈线之间,利用PIN二极管实现滤波器阻带和通带特性的切换。采用奇偶模的方法对滤波器结构进行分析,通过对奇偶模频率的调节实现了频率调节过程中的恒定绝对带宽。同时,在输入与输出馈线间引入源与负载耦合,使得频带两侧各有一个传输零点,且传输零点在整个频率调谐范围内相对位置几乎不变。因此,在整个频率调节范围内,滤波器实现了高选择性及良好的带外抑制能力。最终设计出的可调带阻滤波器的频率调谐范围为5.58～5.89 GHz,绝对带宽80 MHz±5 MHz,阻带衰减优于14 dB;可调带通滤波器的频率调谐范围为5.42～5.79 GHz,绝对带宽120 MHz±5 MHz,插入损耗1.69～2.25 dB,回波损耗优于13 dB。同时,该滤波器具有0.28λ_g×0.62λ_g（λ_g是可调频率范围中心频率的波长）的紧凑结构尺寸。实验和仿真结果一致性较好。     

A microstrip resonator filter using sandwich structure

We present results for a compact, multiple gap and multiple pass band microstrip resonator filter. The microstrip resonator filter, consisting of a sandwich substrate with a metallic fractal pattern, shows multiple gaps from 40 MHz to 10 GHz. The transmission characteristics of the microstrip resonator filter show multiple pass bands and stop bands for electromagnetic waves over the microwave frequency range. Experimental observations are in good agreement with the results of finite difference time domain (FDTD) simulations. These properties can be useful in the application in compact microwave circuits, microwave filters, and microwave switches. PACS 84.30.Vn; 84.40.Az; 95.85.Bh     

低射频窄通带高温超导滤波器设计

本文在双面YBCO高温超导薄膜上设计了12节低射频窄通带超导带通滤波器.中心频率385MHz,相对带宽1.3%,考虑到窄带滤波器对衬底介电常数的敏感性,采用MgO基片以避免基片孪晶造成的介电常数非均匀性带来的影响.为了能在不大于2英寸的基片上制备出如此低频的高性能超导滤波器,设计中选用了1/4波长的螺旋形谐振结构.设计结果的带边陡峭度达到了50dB/MHz,带内插损小于0.014dB,带外抑制达到100dB,二倍频处抑制度优于130dB.     

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.