基于双SSLR的小型化双通带带通滤波器设计

设计了一种新的具有良好选择性的小型化的双模双通带带通滤波器。该滤波器的谐振结构由两个短路枝节加载谐振器(SSLR)连接到同一个接地金属柱构成。首先通过奇偶模分析方法分析单个SSLR的谐振频率,得到谐振频率的变化规律;然后为了实现滤波器的小型化,将两个SSLR连接到同一个金属柱上并且折叠微带线,通过调节枝节长度分析滤波器通带的变化;设计中使用双枝节分别对谐振器馈电的结构,并且引入了源与负载耦合,可以在上阻带多提供一个传输零点,以提高阻带抑制;最后对滤波器的传输零点进行分析,提高滤波器的选择性。通过上述的分析,对该滤波器进行仿真、加工以及测试,得到最后实物的测试结果与软件的仿真结果较为一致。     

小型化多层双模基片集成波导平衡带通滤波器

针对平衡滤波器小型化和高选择的应用需求,提出两种新型的多层双模基片集成波导平衡带通滤波器。首先详细分析了基于平衡端口馈电的双模基片集成波导谐振器的特性;然后根据谐振模式分布特性,设计了一种输入输出馈线同时在上层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,下层双模谐振器通过十字交叉槽线结构与上层谐振器耦合,可以实现三个传输零点;又提出一种输入和输出馈线分别在上层和下层双模谐振器上的四阶平衡带通滤波器,上层和下层谐振器通过一个槽线进行耦合,可以实现两个对称的传输零点。基于提出的两种平衡滤波器结构,分别设计了一个中心频率为10 GHz的平衡带通滤波器,并进行加工和测试。测试和仿真结果一致性较好,表明了该结构可以实现小型化和高选择,并且具有很好的共模抑制特性。     

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。     

基于新型自耦合非对称阶梯阻抗谐振器的小型化三通带平衡滤波器

针对平衡滤波器的高集成度和高选择性的应用需求,基于一种新型自耦合非对称阶梯阻抗谐振器提出了一种具有高选择性的小型化三通带平衡滤波器。首先通过该平衡滤波器的差模和共模等效电路详细分析了其谐振器结构的谐振特性,并利用差模等效电路下的前三个谐振模式来分别实现三个通带。另外通过在电路对称面上加载电容和电阻元件来提高对共模噪声的抑制,且不影响差模频率响应特性。基于提出的多模平衡滤波器结构和设计方法,设计了一个通带频率为2.75/4.46/6.21 GHz的三通带平衡滤波器,并对其进行了加工和测试,结果表明,该结构可以实现紧凑的体积和高选择特性,并且具有很好的共模抑制特性。     

自均衡相位特性的超导滤波器小型化设计

提出了一种具有多个传输零点的高温超导滤波器小型化设计方法。该滤波器由十个慢波交叉指结构谐振器和三个自均衡CQ跨线结构组成,其中一个CQ结构通过产生一对实轴上的传输零点实现相位均衡,另外两个CQ结构通过产生两对虚轴上的传输零点实现滤波器的高频率选择性。滤波器中心频率为1,720MHz,带宽为10MHz,通带外陡峭度为40d B/MHz,通带内回波损耗为23d B,且在60%的通带内具有平坦的群时延响应。在Mg O衬底上采用DBCO高温超导薄膜制作十阶超导滤波器,并在77K温度下进行测试,最终得到了良好的带外抑制性能和平坦的群时延特性。测试结果与仿真结果基本一致,说明所提出的设计方法是有效的。     

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。     

一种高选择性的可调0.83~2.15 GHz带通滤波器

设计了一种宽频率调节范围的高选择性可调带通滤波器。宽调节范围由一对简单的加载变容管的平行耦合线谐振器设计实现。由于谐振器之间存在电磁混合耦合以及通过加载变容管引入的源与负载频变耦合,该滤波器最终引入了三个自适应性传输零点。而且,三个传输零点在整个调节范围内能够保持相同的相对位置,因此,设计的滤波器实现了在整个宽频率调节范围内的高选择性和良好的带外抑制。同时,在中心频率调节的过程中,通过选择合适的耦合系数,该滤波器可以实现恒定的相对带宽。最终设计出的可调滤波器的调节范围为0.83~2.15 GHz, 可调范围可达88.6%,并保持9%±0.3%的相对带宽不变。测试结果表明该滤波器具备了高选择性和良好的带外抑制能力。     

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。     

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。     

基于TM010模介质谐振腔的小型化腔体滤波器

现用于4G基站的介质腔体滤波器都采用TE_01δ模介质谐振腔,虽然其品质因数Q值很高,但体积较大。为了小型化介质腔体滤波器,创新性地使用了TM₀₁₀模介质谐振腔,虽然其Q值比较低,但同样能满足高带外抑制的要求。对TM₀₁₀模介质谐振腔的端口耦合和两腔之间的磁耦合、电耦合进行分析研究,创新性地使用了介质窗的形式产生电耦合,避免了使用飞杆,易于加工,降低制造成本。最后设计了一个8腔TM₀₁₀模准椭圆函数介质腔体带通滤波器,在通带(TD-LTE频带,2570~2620 MHz)两端分别设计两个传输零点以提高带外抑制。调试结果表明,TM₀₁₀模介质腔体滤波器不仅能满足低插损、高带外抑制的要求,而且其体积大幅度缩小。     

Self-coupled dual-mode ring resonator with turning transmission zeros in microwave bandpass filter for planar metamaterial: analysis and design

An H-shape dual-mode closed resonator with self-coupled segments is reported. The self-coupling between ring segments renders an equivalent mode perturbation effect as the normal ways of adding stub, cutting notch, or varying line impedance to the ring resonator. The mode perturbation and transmission-zero generation from the self-coupling effect and step-impedance were analyzed using the even–odd mode theory. By regulating the impedance ratio and coupling coefficients of self-coupled sections, the self-coupled ring resonator can produce either the capacitive or inductive perturbation. The input and output positions affect the number and locations of transmission zero. The positions of input and output ports are properly selected. In the capacitive perturbation case, when the two transmission zeros are located on both sides of the passband, and bring about a pseudo-elliptic bandpass response. The analysis of finding optimized taping positions of input and output ports is proposed. Comparing to the regular uniform ring resonator, the H-shaped self-coupled ring resonator has shorter ring length, is easily to be folded and does not destroy the dual-mode characteristics. The feature of compact size is favorable in the design of a bandpass filter. A 2.45-GHz bandpass filter based on the H-shaped self-coupled ring resonator was performed to verify the proposed theory. A schematic bandpass filter was implemented with a compact size which is only 20% of the conventional dual-mode bandpass filter.     

一种双反射壁型二维光子晶体窄带滤波器

提出了一种基于双反射壁型结构的光子晶体窄带滤波器, 该滤波器由一个单模谐振腔和两个反射壁构成. 通过调节谐振腔与反射壁之间的距离可以改变滤波谱线的带宽. 利用时域有限差分法进行仿真分析, 结果表明, 该滤波器的工作频率在193.40 THz附近, 带宽小于5.9 GHz, 峰值透射率高达94%, 工作区域长度仅有9 μm. 该器件可应用于密集波分复用系统.     

用于集成光学陀螺的波导谐振腔设计

给出了一种集成光学陀螺谐振腔的优化设计方案,在保证集成光学陀螺精度的同时更利于微型化。选用传输损耗为0.01dB/cm的硅基二氧化硅材料作基底,谐振腔内损耗仅为0.5dB,保证了谐振腔的高清晰度;采用准单模矩形波导结构,利用弯曲波导对一阶模的有效限制实现了光的基模传输,利于谐振腔的小型化;分析了波导的传输损耗、波导耦合器分光比对谐振腔性能及陀螺极限灵敏度的影响,得出波导耦合器分光比的优化参数,并仿真得到谐振腔的谐振清晰度达到70以上。在激光器线宽为30kHz,探测器响应度0.95A/W,积分时间为10s的条件下,系统的极限灵敏度为1.6°/h。     

On the design of open resonators for quasi-optical gyrotrons

In the design of a 120 GHz 200 kW quasi-optical gyrotron, we have analyzed the influence of the open resonator geometry (two circular mirrors facing one another) on the electronic efficiency, the ohmic losses, the output coupling and the multimode behavior. The method we have used to optimized the resonator design will be presented. Mode selectivity is improved by using a resonator formed by two mirrors each of which has a central step. Numerical simulations show that single mode operation can also be attained in the more favorable situation of a magnetic field having a positive taper over the interaction region.     

基于十字连通形环形谐振腔金属-介质-金属波导的折射率传感器和滤波器

提出了由十字连通形环形谐振腔耦合两个金属-介质-金属(metal-insulator-metal, MIM)波导的结构,并用有限元法数值研究了表面等离极化激元在结构中的传输特性.通过对透射谱的研究,系统地分析了MIM结构的传感特性.结果表明,在透射光谱中有三个共振峰,即存在三种共振模式,其中透射峰与材料的折射率呈线性关系.通过对结构参数的优化,得到了折射率灵敏度(S)高达1500 nm/RIU的理论值,相应的传感分辨率为1.33×10~(-4)RIU.更重要的是,灵敏度不受结构参数变化的影响,这意味着传感器的灵敏度不受制造偏差的影响.此外,谐振波长与环形腔中心半径成线性关系,该器件在较大波长范围内实现可调谐带通滤波.透射强度随着波导与环形腔间距的增大而减小,透射带宽同时减小,因此,可以通过控制环形腔与波导的耦合距离来调谐透射强度及透射带宽.研究结果对高灵敏度纳米级折射率传感器和带通滤波器的设计以及在生物传感器方面的应用都具有一定的指导意义.     

Performance Investigation of Photonic Crystal-Based Microring Resonator for Optical Signal Processing

Abstract

A detailed theoretical analysis is presented to characterize wave propagation at 1,550 nm inside a glass (SiO₂) microring resonator implemented using photonic crystal technology. A photonic crystal reflection is used at each microring resonator corner to enhance the bending efficiency. The characteristics of both photonic crystal beam splitter and microring resonator bending losses are analyzed and investigated using both effective refractive index and finite difference time domain methods. Analytical expressions are also derived to describe the field enhancement inside the microring resonator, the transfer function of the microring resonator, and the main parameters characterizing the resonator such as resonator band width and quality factor. The analysis is also extended to characterize a drop filter implemented using photonic crystal-based microring resonator. The results indicate clearly that the effective refractive index method can give accurate results if one starts the calculations with finite difference time domain-estimated beam splitter parameters. Further, bending efficiency as high as 99% can be obtained using a ten-post layer photonic crystal mirror at each microring resonator corner.     

Compact superconducting single-and dual-band filter design using multimode stepped-impedance resonator

This study presents two multimode stepped-impedance structures to design single-and dual-band filters. Transmission zeroes are introduced for the single-band filter by using dual-mode stepped-impedance resonators. The single-band filter with high selectivity is centered at 6.02 GHz and has a fractional bandwidth(FBW) of 25.6%. Four stubs(two low frequency and two high frequency ones) are connected to the rectangular patch in the center to construct a quadruplemode resonator. The independent conditions of the center frequencies of the high and low bands of the resonator are analyzed. A dual-band filter, which operates at 1.53 GHz and 2.44 GHz with FWBs of 12.1% and 14.1%, respectively is designed. The single-and dual-band filters are both fabricated with double-sided YBCO films and they can be used in mobile and satellite communications.