高温超导线性相位滤波器设计与制造研究

摘要

高温超导滤波器技术是近年来发展起来的集超导材料技术、深度制冷技术、微波电路技术、精细加工技术、超高真空技术于一体的高科技技术。利用高温超导薄膜研制的超导滤波器具有损耗低、选择性好、适宜制作超窄带、体积小、重量轻等优点，在移动通信领域有着广阔的应用前景。
　　 本工作针对第三代移动通信系统对超导滤波器提出的线性相位技术要求，介绍了线性相位滤波器的设计原理和常用技术方案，结合CDMA2000移动通信系统的技术规格，设计开发了相应的高温超导线性相位滤波器。文章简单介绍了高温超导滤波器的基本特性和研究应用现状。给出线性相位滤波器的设计原理，利用CAD工具，建立了线性相位滤波器的理论设计模型，给出了滤波器设计拓扑结构，通过计算机软件进行了滤波器的辅助优化设计，得出了线性相位滤波器的理论特性曲线和耦合矩阵参量。然后采用全波电磁场仿真方法，利用Sonnet电磁场模拟仿真软件，进行了滤波器物理结构的设计，详细介绍了超导滤波器谐振器的选定、输入输出端口的确定、相邻谐振器耦合系数的确定、交叉耦合的获得等超导滤波器的设计方法和步骤，最后给出了两种满足系统要求的高温超导滤波器电路设计方案。并结合其中一种方案的实际加工制作，介绍了高温超导滤波器制作过程中的关键工艺技术，包括掩模版的设计、超导薄膜的制备、超导电路的光刻、刻蚀、切割，超导滤波器的焊接、组装以及最后的低温测试。
　　 本工作成功在MgO基片上设计并制作了中心频率为830MHz的高温超导线性相位滤波器，滤波器的带边陡度达到37dB/MHz，带外抑制>80dB，60％通带内群时延波动(线性相位特性)优于±10ns。通过滤波器的实际测试，在不需要进行机械微调的情况下，超导滤波器可以满足CDMA2000系统的技术要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引 言

第一节 论文选题目的和意义

第二节 论文结构

第二章 高温超导滤波器技术基础

第一节 滤波器概述

第二节 高温超导滤波器概述

第三节 高温超导滤波器应用优势

2.3.1 高温超导滤波器的指标优势

2.3.2 高温超导滤波器在移动通信中应用优势

第四节 高温超导滤波器研究现状

2.4.1 国外超导滤波器研究及应用现状

2.4.2 国内超导滤波器研究与应用现状

2.4.3 超导滤波器的研究热点与方向

第三章 线性相位滤波器设计理论

第一节 耦合谐振器微带滤波器的原理

3.1.1 微带谐振器

3.1.2 谐振器耦合的基本概念

3.1.3 耦合谐振器滤波器设计

第二节 线性相位滤波器的提出及实现

3.2.1 移动通信对滤波器的群时延要求

3.2.2 外部均衡线性相位滤波器

3.2.3 自均衡线性相位滤波器

第三节 线性相位滤波器的理论设计

3.3.1 线性相位滤波器模型的建立

3.3.2 线性相位滤波器拓扑结构的确定

3.3.3 线性相位滤波器的综合

3.3.4 线性相位滤波器耦合矩阵的获得

第四章 高温超导线性相位滤波器的设计

第一节 线性相位滤波器相关材料的选定

4.1.1 超导薄膜基片材料的选定

4.1.2 电磁场模拟工具的选定

第二节 线性相位高温超导滤波器物理结构设计

4.2.1 谐振器结构设计

4.2.2 外部Qe的获得与端口结构确定

4.2.3 直接耦合谐振器间距确定

4.2.4 交叉耦合谐振器耦合线的引入

4.2.5 滤波器整体物理结构的确定

第三节 滤波器电磁场模拟仿真

第四节 14阶3交叉耦合高温超导线性相位滤波器设计

4.4.1 14阶3交叉耦合线性相位滤波器的理论计算

4.4.2 14阶3交叉耦合线性相位滤波器的设计与仿真

第五章 高温超导滤波器制作工艺研究

第一节 高温超导滤波器的加工制作工艺流程

第二节 掩模版的设计制作

5.2.1 金端口掩模版的设计

5.2.2 超导电路掩模版的设计

第三节 双面高温超导薄膜的制备

第四节 高温超导电路的加工制作

5.4.1 超导电路的光刻

5.4.2 超导电路的刻蚀

5.4.3 超导电路的切割

第五节 高温超导滤波器焊接组装

5.5.1 滤波器封装屏蔽盒设计与制作

5.5.2 滤波器焊接与组装

第六章 高温超导滤波器测试和结果分析

第一节 超导滤波器的测试

6.1.1 超导滤波器测试系统

6.1.2 超导滤波器测试结果

6.1.3 超导滤波器中心频率与工作温度的关系

第二节 测试结果分析

6.2.1 滤波器测试结果与模拟结果比较

6.2.2 滤波器结果分析

第三节 进一步改进的方向

第七章 结论

参考文献

致谢

附录A 高温超导薄膜衬底材料特性

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