[发明专利]亚毫米波多波段成像的超导带通滤波器阵系统和实现方法

权利要求书

1.一种超导带通滤波器阵系统，用于亚毫米波多波段同时成像，其特征在于，包括：

相控阵天线，具有二进制求和树，用于捕获亚毫米波多波段的天文信号；

四个超导带通滤波器，组成超导带通滤波器阵，用于在四个不同的频段，对天文信号进行处理；

所述超导带通滤波器阵系统应用于多波长亚毫米电感相机，所述滤波器设置于相机晶片上，所述晶片包括硅晶片以及依次布置在硅晶片上的接地层、电介质层和布线层；所述滤波器采用光刻超导带通滤波器，采用八个集总元件组成，包括三个电感器，三个串联电容器和两个并联电容器；

四个动态电感检测器，每个超导带通滤波器连接一个动态电感检测器，将超导带通滤波器的输出信号馈送至动态电感检测器，以提高成像设备的吞吐量并实现多色成像；

读数系统，耦合到动态电感检测器，读出天文信号；

其中，根据滤波器的传递函数计算出传输系数：

其中，S为传输系数，L为电感器数值，C1-C3为各个电容器数值。

2.根据权利要求1所述的超导带通滤波器阵系统，其特征在于，所述接地层的材料为150nm厚的超导微带材料铌Nb，布线层厚度为400nm，电介质层为400nm厚的二氧化硅或氮化硅。

3.如权利要求1-2任一项超导带通滤波器阵系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设计带通滤波器电路模型；

2)以使每个频带的总灵敏度最大化为目标，计算电感和电容的理想值，并计算电感和电容的初始值；

3)将理想值转换为布局，在晶片上设置螺旋电感器和平行板电容器；

4)通过仿真优化设计，确定电感器和电容器的几何形状后，在水平布局上对电感器和电容器进行微调；

5)布置馈电网络：通过S参数矩阵合并形成馈电网络：每个滤波器四个4×2矩阵，馈电网络一个5×5矩阵；

6)构建用于准确预测的Sonnet模型。

4.根据权利要求3所述的超导带通滤波器阵实现方法，其特征在于，带通滤波器的电路构造为在晶片上使用螺旋电感器实现每个电感，并使用平行板电容器实现每个电容；串联电容C1和C2被分成两个等值电容器，将一个螺旋电感器夹在中间。

5.根据权利要求3所述的超导带通滤波器阵实现方法，其特征在于，四个带通滤波器将带宽划分为四个频段，所述四个频段分别以225、280、350和405GHz为中心，对应多波长亚毫米电感相机所需的四种不同“颜色”。

6.根据权利要求3所述的超导带通滤波器阵实现方法，其特征在于，根据滤波器传递函数计算出传输系数：

其中，S为传输系数，L为电感器数值，C1-C3为各个电容器数值。

7.根据权利要求6所述的超导带通滤波器阵实现方法，其特征在于，使用集总元件参数进行优化，集总元件参数对最终带通滤波器响应的影响如下：

并行电容：在不影响中心频率的情况下移动带通滤波器的上限频率；

电感：在不影响带宽或通带形状的情况下移动中心频率；

电容系列：电容C1和C2均可用于优化通带形状。