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.     

介质谐振器法测量超导薄膜微波表面阻抗

本文所用的测试方法为蓝宝石介质谐振器法,它采用一片超导薄膜替代谐振器的一端,通过测量微波介质谐振腔的品质因数和谐振频率随温度变化来确定超导薄膜的微波表面阻抗.本文设计和制作了一个工作于TE01δ模式,谐振频率在18.3GHz左右的蓝宝石介质谐振器,其无载品质因数在3K时可达到130000.用此方法可以对薄膜进行无损伤测量,测量后的薄膜还可继续使用.     

UHF频段宽带超导滤波器设计

设计了一款应用于射频接收机前端的宽带超导滤波器,该滤波器工作于UHF频段,相对带宽为22.83%。为了满足设计要求,提出了一种既可实现强耦合又可以推高寄生通带的谐振器,并且通过一种新颖的交叉耦合结构在通带两侧引入了传输零点来提高频率选择性。对谐振器进行了理论分析和模拟仿真,并利用Sonnet软件对滤波器整体电路进行了仿真和优化。该滤波器电路采用MgO基体的YBCO薄膜制作而成,测试结果表明,超导滤波器的最小插入损耗为0.03 dB,带内波动为0.05 dB,矩形系数(BW_(40dB)/BW_(1dB))为1.246,与仿真结果基本一致,可以满足设计要求。     

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.     

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.     

基于H型谐振器的Ku波段高温超导滤波器设计

高温超导滤波器已在移动通信、射电天文、雷达探测等多个领域获得了重要应用.当前高温超导滤波器的研究和应用主要集中于10GHz以下的频段,针对超高频段(>10GHz)高温超导滤波器的研究很少.本文设计优化了具有无载Q值高、耦合强、尺寸短等特点的H型阶跃阻抗谐振器,并讨论了超高频段滤波器端口激发源的电容效应对滤波器响应的影响,最后采用优化的H型谐振器,应用去嵌入(De-Embed)设计方法消除端口效应,设计了中心频率为16GHz,相对带宽12.5%的6节高温超导滤波器.研制的超导滤波器在未经调谐的情况下,测试结果与仿真结果符合得很好,插入损耗小于0.3dB,反射损耗优于-14dB,带外抑制达到了-70dB.     

基于谐频交错的级联式超宽阻带超导滤波器

利用微带谐振器不同折叠方式引起电磁场分布差异从而产生交错谐频的效应,提出一种基于交错谐频的级联式超导带通滤波器设计方法,可以极大地拓宽滤波器的阻带范围。在YBCO/MgO高温超导基片上设计制作了中心频率为200MHz、相对带宽为0.25%的级联式超导滤波器。测试结果表明,该滤波器基频通带与9.1f_0处寄生通带之间的抑制度大于56d B,验证了该设计方法的有效性。     

深空探测用X波段高带外抑制超导滤波器的研制

为满足深空探测系统的工程应用需求,开展了X波段高带外抑制超导滤波器的研制,采用了谐振器耦合技术设计了滤波器版图。设计指标要求在8 GHz-9 Ghz范围内实现插入损耗小于0.2 dB,带外频率为7.3 GHz处抑制不小于70 dB,通过理论计算和模拟仿真,制作的滤波器样品测试结果与仿真结果吻合,验证了设计方法的正确性。     

18阶S波段高温超导滤波器的研制

本文设计制作了一款18阶高温超导滤波器,滤波器工作频率在S波段,中心频率为3128MHz,相对带宽约为19%,滤波器结构采用谐振器终端加载插指电容的方法,有效解决了滤波器二倍频的寄生通带问题,二倍频谐波得到了很好的抑制.本工作进行了滤波器设计理论分析,并采用Sonnet软件对微带电路进行全波电磁场仿真,滤波器最终由制备于0.5mm厚的2英寸氧化镁(MgO)衬底上的镝钡铜氧(DyBCO)双面超导薄膜制作而成,取得较为满意的结果.     

微波表面电阻TC90方案的测量精度实验分析

由于超导薄膜的表面阻抗Rs这一参量对超导微波元件的设计和开发有很重要意义,测量超导薄膜的表面阻抗Rs也就非常重要.目前国际上制定了高温超导薄膜在微波波段上表面阻抗Rs电特性的标准测量方案:IEC/TC90.此方案采用介质杆谐振器法测量表面阻抗的原理,使用蓝宝石介质杆和超导膜组成的谐振器法测量超导膜的Rs.本文分析了各个测量量对标准测量方案的测量精度,分析了在12GHz微波频率下,系统的各个实际部件的加工误差.认为频谱曲线的测量误差,即背景误差对最终测量结果Rs的影响是主要的.