[实用新型]一种环行器匹配多通带高温超导滤波器

说明书

技术领域

本实用新型属于超导元器件设计技术领域，涉及高温超导滤波器件，特别涉及一种由多个子滤波器并联形成的一种环行器作为输入输出端匹配网络的多个通道的高温超导滤波器。

背景技术

随着通信产业的急速发展，各种通信标准同时存在使得频率资源越来越紧张，对于无线通信系统的前端接收设备的要求也越来越高。具体表现是高效的频谱利用率问题，即对具有高选择性、小体积、低成本、设计灵活的射频滤波器有着迫切需求。高温超导技术目前发展已经较为成熟，利用高温超导材料设计的滤波器具有插损小，带边陡峭，矩形系数高的特点，因此已在通信领域被广泛使用。但是，超导材料本身成本较高，并且由于当前工艺所致，单块超导材料的尺寸很难在保证低成本的同时做大，超导射频滤波器领域的元器件的小体积、低成本、设计灵活等特性显得尤为重要。另外，如今的通信系统要求同时工作于多个通信频段以节约成本，多通带滤波器是这些系统中必不可少的器件。针对这种情况，工程师开始研究具有多通带频率特性的滤波器。

基于上述滤波器多通带频率特性的问题，目前的研究点主要集中在以下方面：1、利用谐振器的双模特性，即一个谐振器工作在两个谐振模式，对应多个中心频率。该方法又主要有两个思路，一个是通过利用和控制阶跃谐振器的谐波来产生多通带，另一个则是通过在均匀阻抗谐振器或非均匀阻抗谐振器上加载短路或是开路枝节的方法。该技术的优点是体积较小，但是设计难度大。多个通带使用同一套耦合网络，很难同时达到各个通带所需要的耦合系数，因此难于分别调节各通带的带宽，查阅专利文献和期刊文献，利用该种方法的都只能设计出两级或是三级的滤波器，对于级数要求较高的滤波器设计很困难，因此很难设计出高性能的宽带多频带滤波器。2、将带通带阻滤波器集成在一起来完成多通道滤波器的设计。该方法的缺点是体积较大，设计复杂，调试困难。3、多个子滤波器并联方案。使用多个子滤波器实现多频带通滤波器，每一个子滤波器分别实现一个通道。但是由于子滤波器的耦合网络设计难度大，设计出得滤波器体积大，很多工程师便放弃了这一想法。特别应用于高温超导器件领域，由于超导基片制作工艺的限制导致基片尺寸通常较小，用于制作多通带滤波器时器件的小型化显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的采用多个子滤波器组成多通带滤波器的设计方案中耦合网络设计难度大且器体积大的不足，提出了一种环行器匹配多通带高温超导滤波器。

本实用新型的技术方案为：一种环行器匹配多通带高温超导滤波器，包括高温超导基片和形成于基片上的N个频带不同的子滤波器电路图案，N为不小于2的整数；其特征在于，子滤波器的输入端还包括N-1个与其中N-1个子滤波器一一对应的三端口环行器，子滤波器的输入端口分别与对应的环行器的第二端口相连接；第1环行器的第一端口作为滤波器输入端；第n环行器的第三端口与第n+1环行器的第一端口相连接，n为不小于1不大于N-2的整数，第N-1环行器的第三端口与第N子滤波器的输入端口相连接；各子滤波器的输出端由N-1个环行器匹配输出，其中子滤波器的输出端口分别与对应的环行器的第二端口相连接；第N-1环行器的第三端口作为滤波器输出端；第n环行器的第三端口与第n+1环行器的第一端口相连接，n为不小于1不大于N-2的整数，第1环行器的第一端口与第1子滤波器的输出端口相连接。

一般来讲常温下使用的环行器在液氮温区至液氦温区之间因为插损过大（通常大于3dB）而没法使用，应用于基于高温超导材料的滤波器时虽然能有效降低电路尺寸，但是并不能保证作为高温超导滤波器的整体性能；甚至当用于对电路损耗控制要求较高的工程领域比如说通信基站时，上述方案基本无法实现其参数要求，为了解决上述技术问题，本发明进一步提出如下改进方案：所述环行器为工作于液氮至液氦温区时插损不高于0.3dB的低温环行器。

上述低温环行器工作于低温环境，所述低温环境优选为与高温超导滤波器的超导电路工作的低温环境相同。

优选的，上述高温超导滤波器包括三个中心频率不同的子滤波器电路图案。

进一步的，谐振器为谐振于所在子滤波器工作带宽的中心频率的阶跃阻抗谐振器。

进一步的，子滤波器为八阶广义切比雪夫带通滤波器，包括八个依序一字排开的谐振器，并至少在两个非相邻的谐振器间引入交叉耦合。

进一步的，高温超导基片由介电常数为23.8的铝酸镧基材，基材厚度为0.5mm。