[发明专利]一种平面超导微带线谐振器

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，特别涉及平面超导微带线谐振器。

背景技术

滤波器具有选频功能，即通过所需频率的信号，而抑制不需要频率的信号，是微波工程技术领域一种十分重要的微波元件，被广泛应用于移动通信、卫星通信、雷达及其它微波通信等领域。由于超导材料在微波波段的电导率相比常规金属材料高两到三个数量级，因而被用于制作性能更加优异的滤波器。

由微带线谐振器组成的耦合谐振滤波器是微波滤波器的一种十分重要的实现形式。平面超导微带线的剖面如图1所示，由上层超导薄膜11、下层超导薄膜12和位于两层超导薄膜之间的介质基片13构成。

上层超导薄膜11通常由一条两端开路的直线型条带线构成，长度约为谐振频率在微带线介质基片上对应波长的一半。由于微带线分布参数电路频率响应的周期性，这种半波长直线型微带线谐振器在二倍频、三倍频等基频频率的整数倍处又产生二次谐频、三次谐频等寄生谐振频率，从而使由半波长微带线谐振器组成的滤波器在离开设计通带一定距离处又产生寄生通带。滤波器在寄生通带处的抑制度很低，导致不需要的频率信号通过滤波器，从而影响滤波器的性能。特别是当滤波器通带位于移动通信、有线电视等各种微波通信较为密集的电磁频谱密集区域时，对寄生通带特性的要求更加严格，需要滤波器在通带以外很宽的阻带范围内具有良好的抑制度。

近年来，研究人员提出了多种谐振器结构用于提高滤波器的寄生通带特性。采用一端短路的1/4波长微带线谐振器结构可以使寄生频率仅出现在基频频率的奇数倍处(二次谐频位于基频频率的3倍处，三次谐频位于基频频率的5倍处)，从而改善滤波器的寄生通道特性。然而，1/4波长微带线短路端的接地要求将增加制备工艺的复杂度，在较脆的基片(如氧化镁MgO、铝酸镧LaAlO₃)上实现接地也存在一定的困难(Zhou J，Lancaster M J，Huang F，IEEE Trans.Applied Supercond.，14(2004)，28)。采用锯齿状耦合微带线结构(Kuo J，Hsu W，Huang W，IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.，12(2002)，383)和基片悬置结构(Kuo J，Jiang M，Chang H，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.，52(2004)，83)，通过平衡耦合微带线中的奇偶模相速度从而可达到抑制倍频和寄生通带响应的目的，然而这两种方法对制备工艺的要求较高。采用阶跃阻抗谐振器结构(Jin S，Wei B，Zhang X，et al，Microwave opt.tech.lett.，49(2007)，2097)也可将滤波器的寄生通带向高频移动，然而阶跃阻抗结构通常适用于较高频段，在低频段时面临谐振器尺寸大、难以实现小型化的困难。

已有的结构最简单的半波长微带线谐振器是直线型谐振器21，如图2(a)所示。该谐振器所用基片材料为氧化镁MgO，厚度为0.5mm，介电常数ε_r为9.71。微带线线宽为0.08mm，长度为96.04mm。使用电磁仿真软件Sonnet对该直线型谐振器进行仿真可知基次谐振频率(基频)22为640.85MHz，二次谐振频率(二次频)23频为1282.1MHz，三次谐振频率(三次频)24为1924MHz，如图2(b)所示。二次谐振频率和三次谐振频率分别约为基次谐振频率的2倍和3倍。当该谐振器在基频处谐振时，电流随直线型谐振器长度分布示意图如图2(c)所示，直线型谐振器微带线上的电流方向一致，同时流向微带线一端，或者同时流向微带线的另外一端。直线型谐振器中部电流大，两端电流小，端口电流为零，呈半个正弦周期分布；当直线型谐振器在二次谐频处谐振时，电流随直线型谐振器长度分布示意图如图2(d)所示，直线型谐振器左右两半电流方向相反，两端口和中间电流为零，距两端1/4总微带线长度处电流最大，呈一个正弦周期分布。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提出了一种平面超导微带线谐振器，可以显著推高寄生频率，将二次谐频推高到约三倍于基频频率的位置。该平面超导微带线谐振器另外一个优点是适用于制作相对带宽从0.5％到20％非常宽范围的超导滤波器。

为了达到上述发明目的，本发明提出了一种平面超导微带线谐振器，包括上层超导薄膜、下层超导薄膜和位于两层超导薄膜之间的介质基片，其特征在于，所述上层超导薄膜为用一条连续完整的超导条带线由内往外沿顺时针或逆时针螺旋环绕二至四圈构成。

上述条带线可以是由直线型条带段相连接构成，也可以由弧线型条带段连接构成。