一种远谐频的超导微带谐振器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种远谐频的超导微带谐振器，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，上层超导薄膜由弓形折叠线电感、两个矩形块状对地电容以及叉指电容三部分构成，两个块状对地电容的长边彼此相对且一侧互相伸出多条平行叉指交错在一起，弓形折叠线电感由若干段呈弓字型的微带线连接构成完整的一条微带线并与两个块状对地电容的同侧另一端串接；弓形折叠线电感上的微带线分为长微带线和连接相邻长微带线的短微带线，长微带线与叉指电容上的微带线垂直，块状对地电容短边宽度大于十倍弓形折叠线电感微带线的线宽。本实用新型专利技术结构紧凑，可以将二次谐频推高至基频频率5.5倍以外，适合用于设计具有宽阻带响应的小型化窄带滤波器。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种超导微带谐振器，属于微波

技术介绍
滤波器是一种十分重要的微波元件，它的主要功能是用来选频，即通过特定频率的信号而抑制另一些频率的信号，被广泛用于移动通信、雷达及其他微波通信领域。超导微带滤波器有插入损耗低、带边陡峭、带外抑制高的特点，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。由多节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重要的实现形式。超导微带线的剖面如图 1 所示，由上层超导薄膜、下层超导薄膜和位于两层超导薄膜之间的介质基片构成。上层超导薄膜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，其物理模型相当于电感L电容C串联或并联谐振。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、三倍频等基频整数倍处又产生二次谐频、三次谐频等寄生谐振模式。相应地，这类微带谐振器组成的滤波器在离基频通带一定距离处又产生寄生通带，导致部分不需要的频率信号也能通过滤波器，从而影响滤波器的性能。特别是当滤波器设计通带位于3GHz以内的电磁频谱密集区域时，对寄生通带特性的要求更加严格，要求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。例如：采用一端接地的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( 二次谐频位于基频的3倍处)，从而改善了滤波器的带外抑制特性。然而，1/4 波长微带线要求一端接地，这对于又薄又脆的超导基片而言，大大增加制备工艺的复杂度(Zhang G, Lancaster M J,Huang F, IEEE Trans Microw Theory Tech, 2(2006), 54)；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) 可以推高二次谐频频率，然而阶跃阻抗结构，在低频段时面临谐振器尺寸大、难以实现小型化的困难；基于电流分布和磁场抵消原理设计的三圈螺旋超导谐振器(Ying Z, Guo X，et al，IEEE Trans.AppliedSupercond.，1(2013)，23)和叉指电容串联螺旋电感的准集总参数谐振器（CN200810102869，一种平面超导微带谐振器），也可以将二次谐频推高至基频3.5倍附近。但以上现有技术均无法再往更高频端推移。
技术实现思路
基于上述原因，本技术克服现有技术的不足之处，提出了一种结构紧凑的超导微带线谐振器，可以显著推高寄生频率，将带外第一谐频推高到约基频频率5.5倍以外。为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案为：一种远谐频的超导微带谐振器，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：所述上层超导薄膜由弓形折叠线电感、块状对地电容和叉指电容三部分构成，块状对地电容为两个且相对设置，形状为矩形；弓形折叠线电感和叉指电容介于两块块状对地电容之间，两个块状对地电容相对的长边一侧互相伸出多个平行叉指并交错在一起形成叉指电容，弓形折叠线电感分别与两个块状对地电容的短边端串接；弓形折叠线电感由若干段呈弓字型的微带线连接构成完整的一条微带线，弓形折叠线电感上的微带线分为长微带线和连接相邻长微带线的短微带线，长微带线与叉指电容的微带线垂直；块状对地电容的短边宽度为大于十倍弓形折叠线电感微带线的线宽。作为上述技术方案的进一步设置：所述弓形折叠线电感的长微带线的线间距优选为与弓形折叠线电感微带线的线宽相同。所述叉指电容微带线的线宽优选为与弓形折叠线电感微带线的线宽相同。本技术基于微带线谐振器在基频和二次谐振模式的电荷分布特点进行设计，可以显著推高寄生频率，将二次谐频推高至基频频率5.5倍以外。该平面超导微带线谐振器的另外一个优点是由于该谐振器的等效电感与电容的分布相对集中，结构紧凑；电流集中于弓形折叠线部分、电荷集中于叉指电容部分，基频时电流由谐振器一端流向另一端，因此弓形折叠线电感处相邻的微带线中的电流流向相反，产生的磁场相互抵消，较少部分能够散发至外部空间；同时相邻叉指电容微带线携带符号相反的电荷，因此，电场也大部分被束缚于叉指电容结构和块状对地电容上，很少弥散至外部空间。因此，该谐振器的磁耦合和电耦合都非常弱，适合用于设计具有宽阻带响应的小型化窄带滤波器。以下通过附图和具体实施方式对本技术做进一步阐述。附图说明：图1为平面超导微带线的截面图；图2为本技术实施例中的上层超导薄膜结构示意图；图3为本技术的等效电路图；图4为图2的仿真频率响应特性曲线图；图5为第一谐频与基频比和块状对地电容宽度的关系曲线图。具体实施方式：如图1所示，本技术提供的一种远谐频的超导微带谐振器，其利用一条完整的微带线，该微带线为平面超导微带线，包括上层超导薄膜1、下层超导薄膜3和位于两层超导薄膜之间的介质基片2。本实施例中的上层超导薄膜1和下层超导薄膜3均采用高温超导薄膜YBCO，介质基片2采用氧化镁材料（也可以采用LaAlO3、Sapphire等其它材料的基片），厚度为0.50mm，介电常数是9.70。图2为本实施例给定基频频率为500MHz设计的一个平面超导微带线谐振器的上层超导薄膜1的结构示意图，上层超导薄膜1由弓形折叠线电感100、块状对地电容101和叉指电容102三部分构成，块状对地电容101为两个，形状为矩形，两个块状对地电容101相对设置。基于结构小型化的考虑，同时也尽可能增大块状对地电容101的电容值，使弓形折叠线电感100和叉指电容102介于两块块状对地电容101之间，即增加块状对地电容101的长度；两个块状对地电容101相对的长边一侧互相伸出多个平行叉指并交错在一起形成叉指电容102，弓形折叠线电感100分别与两个块状对地电容101的短边串接；采用上述结构的谐振器等效电路如图3所示，图3中Ls为折线电感，Cg为叉指电容，Cps代表对地电容（包含块状对地电容+折叠线电感微带自身对地电容+叉指微带的对地电容）。弓形折叠线电感100由若干段呈弓字型的微带线连接构成完整的一条微带线，弓形折叠线电感100上的微带线分为长微带线1001和连接相邻长微带线1001的短微带线1002，为进一步推高谐频，本实施例将长微带线1001设计成与叉指电容102的微带线垂直。因为从电荷分布的观点考虑，电荷越集中于叉指电容102中，叉指电容102的电容效应越强，越有利于推高谐频。若弓形折叠线电感100处的微带线与叉指电容102的微带线互相平行，则靠近叉指结构的平行长微带线易吸引出（感应）电荷，不利于电荷在叉指电容102上充分集中分布，因此本技术将平行于叉指电容102的短微带线1002设计较短，减少对叉指电容102上电荷的影响。上述方案中的弓形折叠线电感100的微带线根据频率进行优化，弓形折叠线电感100的微带线可以看成是由11段呈弓字型的微带线拼接而成，也可以说是由17节U型段拼接而成。弓形折叠线电感100的微带线外轮廓长为5.52mm，宽为1.52mm。弓形折叠线电感100的长微带线1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远谐频的超导微带谐振器，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：所述上层超导薄膜由弓形折叠线电感、块状对地电容和叉指电容三部分构成，块状对地电容为两个且相对设置，形状为矩形；弓形折叠线电感和叉指电容介于两块块状对地电容之间，两个块状对地电容相对的长边一侧互相伸出多个平行叉指并交错在一起形成叉指电容，弓形折叠线电感分别与两个块状对地电容的短边端串接；弓形折叠线电感由若干段呈弓字型的微带线连接构成完整的一条微带线，弓形折叠线电感上的微带线分为长微带线和连接相邻长微带线的短微带线，长微带线与叉指电容的微带线垂直；块状对地电容的短边宽度为大于十倍弓形折叠线电感微带线的线宽。

【技术特征摘要】
1.一种远谐频的超导微带谐振器，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：所述上层超导薄膜由弓形折叠线电感、块状对地电容和叉指电容三部分构成，块状对地电容为两个且相对设置，形状为矩形；弓形折叠线电感和叉指电容介于两块块状对地电容之间，两个块状对地电容相对的长边一侧互相伸出多个平行叉指并交错在一起形成叉指电容，弓形折叠线电感分别与两个块状对地电容的短边端串接；弓形折叠线电感由若干段呈弓字型的微带线连接构成完...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢新祥，陈利，叶森钢，朱敏杰，余亚东，金宝根，于梅，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33