階躍阻抗型髮夾結構諧振器及其濾波器的製作方法

2023-09-17 10:47:40 1

專利名稱：階躍阻抗型髮夾結構諧振器及其濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微帶諧振器及其構成的濾波器，特別是一種階躍 阻抗型髮夾結構諧振器及其構成的濾波器，本濾波器可以用高溫超導 薄膜製作而成。
(二)
背景技術：
濾波器作為電子信號處理系統中的關鍵器件，具有過濾有用信號 和抑制幹擾信號的作用。隨著移動通信的快速發展，對濾波器的頻率 特性提出了越來越高的要求，較理想的濾波器頻率特性應當是通帶內 信號的衰減儘量小，阻帶內信號的衰減儘量大，通帶與阻帶間的過渡 帶則應儘可能陡峭。近年發展起來的高溫超導濾波器技術很好的適應 了這種需求，由於高溫超導薄膜的表面電阻極低，採用高溫超導薄膜 製成的微帶濾波器，具有極低的插入損耗及優異的頻率選擇特性，同 時微帶濾波器具有體積小，重量輕的特點。
以往設計的高溫超導濾波器，由於功率承載能力有限， 一般用於 接收系統，濾波器的結構一般採用半波長諧振器耦合式結構，其電路 基本構成為信號的輸入微帶、輸出微帶、多個產生諧振耦合的微帶 諧振器，諧振器的有效長度為中心頻率的半波長，目前已經有多種成 熟的諧振器及濾波器設計結構方案。為擴大超導濾波器的應用範圍， 大家開始優化設計微帶諧振器和濾波器的結構，以期提高濾波器的功 率承載能力，同時，受限於超導薄膜基片的面積和實際的應用，又要 儘量減小濾波器的尺寸。
附圖1為典型的直線形諧振器構成的平行耦合帶通濾波器結構
(parallel-coupled, half-wave resonator filter)。
附圖2為典型的髮夾式諧振器(hairpin-resonator)構成的帶通 濾波器，請參考E. G. Cristal and S. Frankel， "Hairpin-line and Hybrid Hairpin-Line/Half-Wave Parallel-Coupled-Line Filters", IEEE Trams. MTT， vol. MTT-20， pp. 719-728， (November 1972), 這種結構是附圖1所示諧振器結構的變形，有效長度仍為半波長，通 過在諧振器中心對摺，諧振器的兩個開路端平齊，可以有效減小諧振器的尺寸，在此濾波器結構中，諧振器方向是上下交替輪換。
附圖3為半塊狀(semi-lumped)髮夾式諧振器構成的濾波器結構， 詳見M. Sagawa， K. Takahashi， and M. Makimoto, "Miniaturized Hairpin Resonator Filters and their Application to Receiver Front-End MIC，s"， IEEE Trams. MTTvol. 37， pp. 1991—1997 (December 1998)，此種設計結構中，諧振器的兩個開路端被縮短，呈電容性效應， 諧振器中心處呈電感性效應。為縮短諧振器長度，可將諧振器的電容 部分增大、而將電感部分縮小，但它的品質因子(Q值)就會隨著這 樣的調整而降低。
附圖4為一種梭形諧振器構成的濾波器結構，此種諧振器是對附 圖1中直線型諧振器的改進，其開路端電流密度小，諧振器微帶採用 小線寬，諧振器中心處電流密度大，微帶採用大帶寬，可以提高諧振 器的功率負載能力。

發明內容
本發明的目的在於設計一種新型結構的諧振器及其構成的濾波 器。諧振器採用階躍阻抗型髮夾結構，由其構成的濾波器具有較小的 體積尺寸並可提高濾波器功率負載能力的特點，適合使用具有高品質 因子的高溫超導薄膜製作高溫超導微帶濾波器。
本發明提出的一種階躍阻抗型髮夾結構諧振器，其特徵在於整體 為髮夾結構的諧振器是由不少於三段的不同寬度微帶組成。
上述所說的階躍阻抗型髮夾結構諧振器的微帶寬度由開路端向諧 振器轉折端逐階變寬，兩開路端處微帶寬度窄，阻抗值大，轉折端微 帶寬度寬，阻抗值小。
上述所說的階躍阻抗型髮夾結構諧振器內側邊緣為直線，外側邊 緣為階躍型變化。
上述所說的階躍阻抗型髮夾結構諧振器的各段不同寬度微帶的長 度可以相同，也可以不同。
本發明提出的一種基於上述階躍阻抗型髮夾結構諧振器所構成的 濾波器，其特徵在於它是由輸入微帶、輸出微帶和由不少於兩個的階 躍阻抗型髮夾結構諧振器組成。
上述所說的濾波器中之階躍阻抗型髮夾結構諧振器依次平行排 列，諧振器的方向可以上下交替，也可以為同一方向，可以排列成濾 波器整體為旋轉對稱的方向，也可以排列成濾波器整體為線性對稱的方向。
上述所說的濾波器中之階躍阻抗型髮夾結構諧振器在平行排列 時，諧振器的上下位置可以與相鄰諧振器平齊，也可以不平齊。
上述所說的濾波器可用金屬薄膜製作，也可以使用具有高品質因 子的高溫超導薄膜製作。
本發明的優越性在於1、階躍阻抗型髮夾結構諧振器在電流密度 大的諧振器轉折端微帶寬度較寬，可以提高功率負載能力，而在電流 密度小的兩開路端微帶寬度較窄，可以降低相鄰諧振器間的耦合，減 小濾波器尺寸；2、階躍阻抗型髮夾結構諧振器構成的濾波器結構緊湊、 體積小；3、本發明不僅可以用於普通金屬微帶濾波器，也可以用於具 有高品質因子的高溫超導濾波器。


附圖1為現有直線形諧振器平行耦合濾波器結構示意圖。
附圖2為現有髮夾式諧振器平行耦合濾波器結構示意圖。
附圖3為現有半塊狀髮夾式諧振器平行耦合濾波器結構示意圖。
附圖4為現有梭形諧振器耦合濾波器結構示意圖。
附圖5為本發明所涉一種階躍阻抗型髮夾結構諧振器的結構示意圖。
附圖6為本發明所涉一種基於階躍阻抗型髮夾結構諧振器所構成 的交替方向排列6節濾波器結構示意圖。
附圖7為本發明所涉一種基於階躍阻抗型髮夾結構諧振器所構成 的旋轉對稱6節濾波器結構示意圖。
附圖8為本發明所涉一種基於階躍阻抗型髮夾結構諧振器所構成 濾波器的頻率特性圖，濾波器的級數設計為6節，諧振器方向交替排 列，輸入輸出採用直接激勵模式。
其中10為直線形諧振器平行耦合濾波器，ll為直線形諧振器， 12為信號輸入微帶，13為信號輸出微帶；20為髮夾式諧振器耦合濾 波器，21為髮夾式諧振器，22為信號輸入微帶，23為信號輸出微帶， 24為髮夾式諧振器的開路端，25為髮夾式諧振器的轉折端；30為半 塊狀髮夾諧振器平行耦合濾波器，31為半塊狀髮夾諧振器，32為信號 輸入微帶，33為信號輸出微帶，34為諧振器的開路端，35為諧振器 的轉折端；40為梭形諧振器耦合濾波器，41為梭形諧振器，42為信號輸入微帶，43為信號輸出微帶，44為梭形諧振器的開路端，45為 梭形諧振器的中心；51為階躍阻抗型髮夾結構諧振器，52a、 52b分別 為諧振器的兩個開路端，53a、 53b、 54a、 54b分別為諧振器的階躍阻 抗微帶，55為諧振器的轉折端，56為諧振器內側邊緣，57為諧振器 外側邊緣；60為直接激勵型諧振器交替方向排列的6節濾波器，61為 信號輸入微帶，62為信號輸出微帶；70為旋轉對稱6節濾波器，71 為信號輸入微帶，72為信號輸出微帶；80為直接激勵型諧振器交替方 向排列6節濾波器的頻率特性圖，81為濾波器的頻率響應S21曲線，82 為濾波器的頻率響應Sll曲線。 具體實施例方式
實施例1:本發明提出的一種階躍阻抗型髮夾結構諧振器51，其 特徵在於整體為髮夾結構的諧振器51是由不少於三段的不同寬度微 帶組成。
上述所說的階躍阻抗型髮夾結構諧振器51的微帶寬度由開路端 52a、 52b向諧振器轉折端55逐階變寬，兩開路端52a、 52b處微帶寬 度窄，阻抗值大，轉折端微帶54a、 54b寬度寬，阻抗值小。
上述所說的階躍阻抗型髮夾結構諧振器51內側邊緣56為直線， 外側邊緣57為階躍型變化。
上述所說的階躍阻抗型髮夾結構諧振器的各段不同寬度微帶52a、 52b、 53a、 53b、 54a、 54b的長度可以相同，也可以不同。
本發明提出的一種基於上述階躍阻抗型髮夾結構諧振器51所構 成的濾波器60，其特徵在於它是由輸入微帶61、輸出微帶62和由6 個的階躍阻抗型髮夾結構諧振器51組成。
上述所說的濾波器60中之階躍阻抗型髮夾結構諧振器51依次平 行排列，諧振器51的方向上下交替，排列成濾波器60整體為旋轉對 稱的方向。
上述所說的濾波器60中之階躍阻抗型髮夾結構諧振器51在平行 排列時，諧振器的上下位置與相鄰諧振器平齊。
上述所說的濾波器60用具有高品質因子的高溫超導薄膜製作。 實施例2:上述所說的濾波器60用金屬薄膜製作。
權利要求
1、一種階躍阻抗型髮夾結構諧振器，其特徵在於整體為髮夾結構的諧振器是由不少於三段的不同寬度微帶組成。
2、 根據權利要求1所說的一種階躍阻抗型髮夾結構諧振器，其特 徵在於所說的微帶寬度由開路端向諧振器轉折端逐階變寬，兩開路端 處微帶寬度窄，阻抗值大，轉折端微帶寬度寬，阻抗值小。
3、 根據權利要求1所說的一種階躍阻抗型髮夾結構諧振器，其特 徵在於所說的諧振器內側邊緣為直線，外側邊緣為階躍型變化。
4、 根據權利要求1所說的一種階躍阻抗型髮夾結構諧振器，其特 徵在於所說的諧振器各段不同寬度微帶的長度可以相同，也可以不同。
5、 一種基於如權利要求1所說的階躍阻抗型髮夾結構諧振器所構 成的濾波器，其特徵在於它是由輸入微帶、輸出微帶和由不少於兩個 的階躍阻抗型髮夾結構諧振器組成。
6、 根據權利要求5所說的一種基於如權利要求1所說的階躍阻抗 型髮夾結構諧振器所構成的濾波器，其特徵在於所說的濾波器中之諧 振器依次平行排列，諧振器的方向可以上下交替，也可以為同一方向， 可以排列成濾波器整體為旋轉對稱的方向，也可以排列成濾波器整體 為線性對稱的方向。
7、 根據權利要求5所說的一種基於如權利要求1所說的階躍阻抗 型髮夾結構諧振器所構成的濾波器，其特徵在於所說的濾波器中之諧 振器在平行排列時，諧振器的上下位置可以與相鄰諧振器平齊，也可 以不平齊。
8、 根據權利要求5所說的一種基於如權利要求1所說的階躍阻抗 型髮夾結構諧振器所構成的濾波器，其特徵在於所說的濾波器可用金 屬薄膜製作，也可以使用具有高品質因子的高溫超導薄膜製作。
全文摘要
本發明提出的一種階躍阻抗型髮夾結構諧振器及其構成的濾波器，其特徵在於本整體為髮夾結構的諧振器是由不少於三段的不同寬度微帶組成，微帶寬度由開路端向諧振器轉折端逐階變寬；濾波器是由輸入微帶、輸出微帶和由不少於兩個的階躍阻抗型髮夾結構諧振器組成。本發明的優越性在於階躍阻抗型髮夾結構諧振器可以提高功率負載能力，降低相鄰諧振器間的耦合，構成的濾波器結構緊湊、體積小；本發明不僅可以用於普通金屬微帶濾波器，也可以用於具有高品質因子的高溫超導濾波器。
文檔編號H01P1/20GK101425615SQ200710150058
公開日2009年5月6日 申請日期2007年11月2日 優先權日2007年11月2日
發明者鈞 孫, 季來運, 王金明, 許開維 申請人:海泰超導通訊科技(天津)有限公司