一种级联式宽阻带超导带通滤波器及设计方法技术

本发明专利技术涉及一种级联式宽阻带超导带通滤波器及设计方法，属于微波技术领域。包括若干超导微带子滤波器，相邻的超导微带子滤波器之间通过内馈线级联且进行相位匹配，每一个超导微带子滤波器的基频通带均相同但谐频不同。本发明专利技术结合内馈线的优化，利用若干超导微带子滤波器的高次谐频位置互相错开，对带外信号形成交错抑制，从而实现了较宽的阻带，且采用超导微带子滤波器也有利于尺寸的小型化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种级联式宽阻带超导带通滤波器及设计方法，属于微波

技术介绍
超导微带滤波器有插入损耗低、带边陡峭、带外抑制度高的特点，在性能上更接近于理想滤波器，在移动通信和微弱信号探测方面有着广泛的应用前景。然而作为平面微带型器件，超导滤波器除了有基频通带外，往往还会在谐频处产生寄生通带。这将恶化滤波器的带外抑制性能。该问题对于电磁频谱密集的VHF、UHF波段滤波器显得尤为严重。因而对高带外抑制度的宽阻带滤波器具有迫切需求。实现宽阻带滤波器的方法分为两类，一类是将带外杂散响应往高频处推移，即提高谐振器的谐频频率；另一类是将杂散响应抑制到较低的幅值。近年来，研究人员提出了多种谐振器结构以提高滤波器的阻带特性。采用一端接地的1/4波长微带线谐振器结构可以使第一谐频位于3倍基频处，从而可改善滤波器的带外抑制特性。然而，1/4波长微带线需要一端接地，增加了脆弱超导基片的制备复杂度；采用阶跃阻抗谐振器结构（SIR）可以推高二次谐频频率，但SIR结构在VHF、UHF波段等低频率时面临谐振器尺寸大、小型化困难的难题。为了实现宽的阻带响应，一个简单的方法是将一个低通滤波器级联到带通滤波器后端，但是，这样会导致额外的插入损耗并很大程度上增加了器件尺寸，尤其是对VHF等较低频段的滤波器。在小型化微带滤波器设计中，为了节省基片面积，通常需要把构成谐振器的微带线进行弯折，使其显得更紧凑。微带线经折叠后因电磁场的重新分布，物理等效长度与几何长度会发生偏离。谐振器上微带线不同的弯折方式，物理长度与几何长度的偏离程度有所不同，而且这种效应对于基频和谐频有不同的影响，因而弯折后的微带谐振器n次谐振模式频率fs与基频f0之间并不一定满足fs=nf0的准确关系。
技术实现思路
本专利技术正是利用了不同谐振器的谐频与基频比率差异，提出一种基于谐频交错的级联式宽阻带超导带通滤波器结构，可以使带通滤波器实现宽阻带的同时保持尺寸小型化。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种级联式宽阻带超导带通滤波器，包括若干超导微带子滤波器，相邻的超导微带子滤波器之间通过内馈线级联且进行相位匹配，每一个超导微带子滤波器的基频通带均相同但谐频不同。所述每一个超导微带子滤波器的阶数均相同。所述每一个超导微带子滤波器的阶数为偶数。本专利技术还提供一种级联式宽阻带超导带通滤波器设计方法，该方法包括：将若干基频通带相同但谐频不同的超导微带子滤波器用内馈线进行级联，并优化内馈线的长度和宽度使若干超导微带子滤波器的相位匹配。所述每一个超导微带子滤波器的阶数均相同。所述每一个超导微带子滤波器的阶数为偶数。所述内馈线的宽度向带边抑制度增大的方向优化。所述内馈线的长度向通带内回波损耗增大方向优化。本专利技术提供的宽阻带超导带通滤波器是采用若干基频相同但谐频不同的超导微带子滤波器级联而成，结合内馈线的优化，利用若干超导微带子滤波器的高次谐频位置互相错开，对带外信号形成交错抑制，从而实现了较宽的阻带，且采用超导微带子滤波器也有利于尺寸的小型化。以下通过附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述。附图说明：图1为级联式宽阻带超导带通滤波器的结构示意图；图2为实施例的滤波器与传统设计的宽频响应曲线对比图；图3为带边及带边突起的示意图。具体实施方式：本实施例以中心频率200MHz、带宽0.5MHz的八阶宽阻带超导带通滤波器的设计为例来加以说明。如图1所示，一种级联式宽阻带超导带通滤波器，包括两个四阶超导微带子滤波器1和2，两个超导微带子滤波器的基频频率均为200MHz，但是谐频频率并不相同，两个超导微带子滤波器之间通过内馈线3进行级联。对于基频和谐频的调整可以通过不同结构的微带线折弯来实现，属于现有技术，在此不进行说明。上述结构的带通滤波器其采用相同阶数的子滤波器进行级联，具有对称结构，形成的交错谐频恰好可以相互交错抑制，对通带之外的各频率点的抑制度也更加均匀，更有利于形成较宽的阻带。进一步，将每一个超导微带子滤波器的阶数设计成偶数，可以大大简化结构的设计。在设计相同阶数（设为n）的滤波器时，传统方式采用完全相同的n个谐振器进行耦合式设计或者将具有相同基频与谐频的两个n/2阶子滤波器进行级联，而本专利技术采用不同谐频的子滤波器进行级联，通过谐频交错达到将杂散响应的位置相互错开从而相互抑制的目的。本专利技术对带外的抑制效果更佳，实现了更宽阻带的响应。如图2所示，同样是八阶滤波器的设计，本专利技术在至少15倍频的范围内其抑制度均达到70dB以上，而传统设计方式超过2-3倍频后其抑制度就变得并不理想，图2仅提供了15倍频范围内的仿真结果对比，本专利技术与现有技术相比其能实现更宽阻带响应的效果非常显著。若将子滤波器直接连接，未考虑相位的匹配问题，由于滤波器传递函数复杂的相位问题，将在滤波器的带边附近形成幅度起伏的带边凸起以及带内反射的恶化（如图3所示）。本专利技术为了匹配级联的超导微带子滤波器之间的相位关系，在相邻超导微带子滤波器之间通过内馈线3进行级联，且借助电磁仿真软件来对内馈线3的设计参数进行优化，以改善整个器件的滤波特性。内馈线3可以调节的参数主要有电长度和特性阻抗，这两个参数分别决定于内馈线3的长度和宽度。内馈线3电长度的变化，会影响通带内的回波损耗以及带边突起的位置及幅度，电长度减小时，突起会往远端偏移并且幅度降低，带边的抑制可以得到改善，但是带内的回波损耗会发生恶化，因此在调节内馈线3的长度时，需向通带内回波损耗增大方向优化，优先保证带内的回波损耗优于15dB。而内馈线3的宽度增大，该段线的特性阻抗会减小，带边突起也会向远端推移并减小幅度，而带内的回波损耗基本不受影响，对内馈线3宽度的调节向带边抑制度增大的方向优化。上述参数的优化，在综合考虑尺寸的限制下进行调节，对于本实施例中的八阶滤波器而言，将带边突起抑制到-70dB以下即可（图2中基频附近的S21表示带边），带外远端谐振处的抑制度也均在70dB以上。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本专利技术的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的权利要求范围中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种级联式宽阻带超导带通滤波器，其特征在于：包括若干超导微带子滤波器，相邻的超导微带子滤波器之间通过内馈线级联且进行相位匹配，每一个超导微带子滤波器的基频通带均相同但谐频不同。

【技术特征摘要】
1.一种级联式宽阻带超导带通滤波器，其特征在于：包括若干超导微带子滤波器，相邻的超导微带子滤波器之间通过内馈线级联且进行相位匹配，每一个超导微带子滤波器的基频通带均相同但谐频不同。2.根据权利要求1所述的一种级联式宽阻带超导带通滤波器，其特征在于：所述每一个超导微带子滤波器的阶数均相同。3.根据权利要求1所述的一种级联式宽阻带超导带通滤波器，其特征在于：所述每一个超导微带子滤波器的阶数为偶数。4.一种级联式宽阻带超导带通滤波器设计方法，其特征在于：该方法包括：将若干基频通带相同但谐频不同的超导微带子滤波器用内馈线进行级联，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢新祥，汪洪晴，叶森钢，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33