谐振器、谐振器用于滤波器、滤波器及谐振器设计方法

摘要

本发明的谐振器是包括由高温超导基片上的超导薄膜形成的微带电路图案的高温超导谐振器，微带电路图案由矩形微带主线以及从矩形微带主线四顶角向外延伸的四条矩形微带支线组成，矩形微带支线宽度窄于矩形微带主线。上述谐振器可用于组成单通带滤波器或三通带滤波器。改变四条微带支线中任意两条支线的长度可以改变谐振器通带频点的距离。有益效果在于电路Q值较高，通过调节四条微带支线的宽度改变三个通带频点之间的距离，当频点之间的距离较窄时用于制作单通带滤波器可大大减少谐振器使用数量；当频点距离较大时用于制作三通带滤波器，相对于采用三路滤波器搭建的多通带滤波器而言电路结构大大简化。

说明书

技术领域

本发明属于微波工程技术领域，涉及该领域中高温超导材料的应用，具体涉及一种具 有三个微波频带谐振频率的高温超导谐振器、所述谐振器的仿真设计方法、该谐振器应用 于滤波器设计的用途，并提出了一种应用该谐振器设计的滤波器。

背景技术

滤波器是微波工程领域中十分重要的元器件，其主要是由多个独立的谐振器结构通过 不同的排列组合而得到不同的耦合系数而搭建起来的。目前的谐振器结构主要有两种：一 种是UIR结构和基于UIR结构的多折叠结构的谐振器；另一种是SIR谐振器结构和SIR结构的 变形结构。SIR谐振器结构相对于UIR结构的谐振器具有设计更加灵活，可以更好的控制杂 散响应的特点。然而，这两种结构的谐振器在设计多频带滤波器或是多工器时都遇到同样 的技术瓶颈：设计出来的多频率的滤波器通常体积大，或是匹配困难。

随着近年来高温超导材料应用于微波滤波器领域的技术突破，使得采用高温超导材料 设计的滤波器备受关注。然而受高温超导材料基板制造工艺的限制，目前很难把所述材料 基板做得很大。加上工程应用中的成本限制等问题，工程师多转向研究如何让电路的体积/ 规模更小。

针对上述问题，很多工程师提出了基于多模结构的谐振器设计滤波器的方案，所述方 案中的谐振器主要是在UIR谐振器上加扰动枝节来达到一个谐振器产生多个谐振频率的目 的。然而，利用这种结构的谐振器来搭建滤波器时通常会遇到综合设计困难的问题。目前， 利用这种添加了扰动枝节的谐振器很难设计出级数多于5的滤波器。因为多模谐振器的通带 频率受制于包括扰动枝节长度、宽度以及谐振器本体各尺寸参数，并且无明确的对应规律， 因此用于设计滤波器时由于优化参数较多，运算量巨大，进而导致了上述问题。该问题进 一步影响设计出的滤波器的诸如陡峭度不达标等一系列问题。并且，此类型的谐振器通常 由于谐振频率点相离较远，不能够同时用于设计单频带的滤波器。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的高温超导材料制作的多模谐振器电路规模大并且各谐 振频率点调制时运算量大等问题，提出了一种谐振器、所述谐振器用于滤波器设计的用途、 应用所述谐振器设计的滤波器及所述谐振器设计方法。

一种谐振器，其特征在于，包括由高温超导基片上的超导薄膜形成的微带电路图案， 所述微带电路图案包括矩形微带主线以及自矩形微带主线四顶角向外延伸的四条矩形微带 支线，所述矩形微带支线宽度窄于矩形微带主线。

进一步的，上述矩形微带支线关于矩形微带主线的对称轴对称分布。

优选的，矩形微带支线呈利于减小自身平面尺寸的折叠形状。

上述谐振器用于组成单通带滤波器。

上述谐振器用于组成三通带滤波器。

一种滤波器，其特征在于，使用上述谐振器搭建组成。

上述谐振器的设计方法，其特征在于，改变四条矩形微带支线中的两条支线的长度以 改变谐振器通带频点的距离。

进一步的，改变四条矩形微带支线的宽度以改变谐振器通带频点的距离。

进一步的，以矩形微带主线的宽度和矩形微带支线的长度为变量调节谐振器带外抑制 度。

本发明的有益效果：本发明的谐振器使用高温超导材料作为谐振器电路的基片，具有 Q值高的优点。特别的，采用一条较宽的微带主线上生长四条较窄的微带支线的结构，使 该谐振器具有三个通带的频点，并且三个通带频点中的一个频点可以通过调节任意两条微 带支线的长度快速改变而不影响另外两个频点的位置。该谐振器还有一个特点是可以通过 调节四条微带支线的宽度改变三个通带频点之间的距离，当频点之间的距离较窄时用于制 作单通带滤波器可大大减少谐振器使用数量，减小设计出的滤波器规模；当频点距离较大 时用于制作三通带滤波器，相对于采用三路滤波器搭建的多通带滤波器而言电路结构大大 简化，成本也更低廉。

附图说明：

图1为本发明的谐振器的一实施例的微带电路图案结构示意图；

图2为本发明的谐振器的另一实施例的微带电路图案结构示意图；

图3为本发明的谐振器的插入损耗及回波损耗仿真图。

具体实施方式

本发明的实施例是依据本发明的原理而设计，下面结合附图和以下具体实施例对本发 明作进一步的阐述。

如图1所示，本实施例的谐振器，包括由高温超导基片上的超导薄膜形成的微带电路 图案，所述微带电路图案包括矩形微带主线1以及自矩形微带主线四顶角向外延伸的四条 矩形微带支线2（3，4，5），所述矩形微带支线宽度W2（W3，W4，W5）窄于矩形微带主 线W1。本实施例进一步进行仿真设计，采用的基片是介电常数为23.8的铝酸镧，基片厚 度为0.5mm。该谐振器的具体参数如下图所示：w1=0.79mm，w2=0.05mm，w3=0.05mm， w4=0.05mm，w5=0.05mm，L1=1.4mm，L2=2.05mm，L3=2.05mm，L4=2.123mm，L5=2.123mm。 采用上述尺寸的谐振器仿真图如图3所示。

优选的，上述矩形微带支线关于矩形微带主线的对称轴对称分布。需要说明的是本发 明所指的谐振器的微带支线并非一定是在微带主线的顶角处向外延伸，也可以在微带主线 的其他地方向外延伸。由于微带支线影响电路性能如谐振频点等的参数主要是其宽度和长 度，与其布置形状没有必然关系。所以，矩形微带支线优选为呈利于减小自身平面尺寸的 折叠形状，参见图2。

作为上述谐振器的优选用途，本实施例将所述谐振器用于组成单通带滤波器或三通带 滤波器。该应用的原理及优点如下：该谐振器具有三个通带的频点，并且三个通带频点中 的一个频点可以通过调节任意两条微带支线的长度快速改变而不影响另外两个频点的位 置。该谐振器还有一个特点是可以通过调节四条微带支线的宽度改变三个通带频点之间的 距离，当频点之间的距离较窄时用于制作单通带滤波器可大大减少谐振器使用数量，减小 设计出的滤波器规模；当频点距离较大时用于制作三通带滤波器，相对于采用三路滤波器 搭建的多通带滤波器而言电路结构大大简化，成本也更低廉。

本实施例还提出一种滤波器，该滤波器使用上述谐振器搭建组成。这种滤波器可以是 上述单通带滤波器，也可以是三通带滤波器。

本实施例进一步提出了一种上述谐振器的设计方法，其一是改变四条矩形微带支线中 的两条支线的长度以改变谐振器通带频点的距离；第二，通过改变四条矩形微带支线的宽 度以改变谐振器通带频点的距离。第三，以矩形微带主线的宽度和矩形微带支线的长度为 变量调节谐振器带外抑制度。

为了提高该谐振器的Q值，本实施例的谐振器及滤波器均制作在高温超导薄膜上。该 谐振器有效的实现了一个谐振器具有三个谐振频率的问题，可以用于多通带滤波器的制作， 也可以用于多工器和窄带滤波器的设计制作。所述谐振器的矩形微带支线长度和宽度可以 不相同。本实施例设计的谐振器及滤波器具有体积小、设计灵活等优点，不仅可以用于单 通道滤波器的设计，也可以用于多通道滤波器的设计。

上述实施例的谐振器的调制关系如下所述：通过调节矩形微带线的特征阻抗比（即调 节线宽之比），可以有效的调节多谐振点之间的间距，通过调节四个微带支线的长度可以有 效调节谐振频率点。

如图2所示的仿真结果图，一个谐振器在一个通带范围内产生了三个频点，相当于由 普通的三个谐振器搭建起来的滤波器，用这样的谐振器搭建一个单通道的滤波器，可以大 大节省滤波器的个数，减小滤波器的体积。当用这种谐振器搭建三通道的滤波器时，可以 通过减小微带主线和窄微带支线的阻抗比来调整三个谐振频率的间距。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的 原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通 技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体 变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。