高温超导信道化滤波器的研究

摘要

高温超导薄膜在超导状态下，微波表面电阻和常规金属导体相比要低1到3个数量级，凭借这一优异特性，用高温超导体制作的滤波器解决了带边陡度和插入损耗这一不可调和的矛盾。高温超导滤波器可以在几乎不改变插入损耗的前提下增加滤波器的阶数，提高带边陡度，矩形系数接近于一，从而增强接收机的抗干扰能力;同时，高温超导滤波器有近乎为零的插入损耗，放置于接收机的前端可以提高接收机的灵敏度，改善通话质量，增加基站的覆盖面积，这样可以减少基站数目，大大降低成本。高温超导滤波器在民用移动通信，及军用雷达、卫星通信、深空探测、电子对抗等领域有着广泛的应用前景。
　　 本文主要针对高温超导信道化滤波器的研制做详述，高温超导信道化滤波器主要用于信道化接收机的前端，其作用可以把宽频信号实现分频处理，同时也可以把几个不同频率的信号合在一起，通过低噪声放大器把信号输出。不同于常规的几种设计方法，本文设计的信道化滤波器采用的是公共耦合谐振器结构。输入馈线级联一个公共耦合谐振器，后面并联多组信道滤波器，实现分频或者合路的作用。这种结构设计上相对简单，而且一个耦合矩阵可以实现多种物理结构，灵活多变。
　　 针对不同类型的高温超导信道化滤波器技术要求，在滤波器拓扑结构基础上，建立起信道化滤波器的电路模型和等效电路，通过等效电路进行信道化滤波器的综合优化设计，得到信道化滤波器的理论频域响应曲线，同时提取出滤波器的耦合矩阵参数。应用电磁场模拟仿真软件，以理论数据作指导，进行了滤波器物理电路的分析和设计。设计过程中，考虑了超导薄膜介质衬底材料的参数，物理电路的寄生响应对信道化滤波器的性能影响，同时还要考虑超导薄膜尺寸的限制，以小型化、单片集成化作为物理电路设计的指导思想。
　　 设计并制作了邻频双信道高温超导滤波器、非邻频双信道高温超导滤波器、三信道高温超导滤波器等三种规格类型的高温超导信道化滤波器，对三个信道化滤波器的测试结果显示，均达到了接收机的使用指标要求，插入损耗小于0.2dB，回波损耗优于15dB。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 超导的发展及特性

1．2．1 超导的发展历史

1．2．2 超导材料特性机理

1．2．3 超导材料的临界电流密度特性

1．2．4 超导材料的非线性效应

1．3 超导的应用

1．4 高温超导滤波器在通信领域的实践

1．5 本文主要的研究内容

第二章 微带滤波器理论基础

2．1 微带滤线简介

2．1．1 微带线基础

2．1．2 微带线的特性阻抗和相速度

2．1．3 微带线的损耗

2．2 微波网络参数

2．2．1 二端口网络Z、Y方程和Z、Y参量

2．2．2 二端口网络S参量

2．2．3 多端口网络参量

2．3 滤波器概述

2．3．1 滤波器的基本形式

2．3．2 滤波器主要参数

2．3．3 高温超导滤波器在接收机上的优势

第三章 高温超导滤波器设计原理

3．1 低通原型滤波器特性

3．1．1 巴特沃兹低通滤波器特性

3．1．2 契比雪夫低通滤波器特性

3．1．3 准椭圆函数低通滤波器特性

3．2 频率转化

3．2．4 低通转化为高通

3．2．5 低通转化为带通

3．2．6 低通转化为带阻

3．3 阻抗和导纳变换器

3．4 带通滤波器耦合电路原理

3．4．7 阻抗矩阵

3．4．8 耦合系数

3．4．9 外部品质因素

第四章 高温超导信道化滤波器的研制

4．1 高温超导信道化滤波器的设计方法

4．1．1 常规信道化滤波器的设计方法

4．1．2 本文信道化滤波器的设计方法

4．2 邻频双信道滤波器的设计与制作

4．3 非邻频双信道滤波的设计与制作

4．4 三信道滤波器的研制

4．5 三信道滤波器的测试

第五章 总结和展望

5．1 本文总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢