准集总元件极宽带带通滤波器，及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种准集总元件极宽带带通滤波器，所述准集总元件极宽带带通滤波器由三层结构的超导薄膜制成，超导薄膜的底层为接地超导层，中层为电介质，顶层超导层刻有微带电路；还提供了其制备方法和应用。本发明专利技术通过将微带低通电路中部分片状电容替换为插指电容，在不增加元件个数的情况下将低通电路变换为带通电路，并通过改变插指电容或折线电感和片状电容的参数可以达到独立调控滤波器的低频或高频的截止频率的效果，该滤波器具有极低的插入损耗，极高的带外抑制和极宽的带宽。

【技术实现步骤摘要】
准集总元件极宽带带通滤波器，及其制备方法和应用
本专利技术属于射频或微波工程技术滤波器领域，涉及一种准集总元件极宽带带通滤波器，及其制备方法和应用。
技术介绍
通信系统中，滤波器的性能直接影响整个系统的性能，因此在极端环境或特殊场景中，高性能滤波器有着极大的优势。另一方面，极宽带技术具有高速率、低功耗、抗干扰能力强等优势，因此高性能的极宽带带通滤波器广泛应用于通讯、雷达、制导、电子对抗、射电天文等领域，是很多通信系统中必不可少的重要部件。现有技术中，极宽带带通滤波器的设计方法通常是利用耦合谐振电路或者多模谐振器来实现的。采用耦合谐振电路的方法设计宽带滤波器会面临以下问题：宽带滤波器设计不满足窄带近似，由模型计算得到的电参数与实际偏差较大。其次，相邻谐振器之间难以产生足够强的耦合，且谐振器的间距越小，所产生相互影响越大，还会导致谐振器的中心频率偏移。此外，每个谐振器的谐振倍频对滤波器带外性能有影响，且滤波器的带宽越宽，该影响越剧烈。采用多模谐振器设计宽带滤波器会面临以下问题：缺少具体设计参数，只通过电磁仿真确定每个模式的谐振频率，而且还需要引入极强的外部耦合来减小插入损耗。滤波器整体的品质因数低，带边陡度差，带外抑制差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决现有技术无法高效地制作高性能的极宽带滤波器问题，提出一种基于低通原型和准集总元件的高性能极宽带带通滤波器的制作方法。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种准集总元件极宽带带通滤波器，所述准集总元件极宽带带通滤波器由三层结构的超导薄膜制成，超导薄膜的底层为接地超导层，中层为电介质，顶层超导层刻有微带电路；其中，所述顶层超导层微带电路为由准集总的折线电感、片状电容、插指电容和输入输出馈线按照低通滤波电路结构连接再经过变换而成的微带滤波器。根据本专利技术第一方面的准集总元件极宽带带通滤波器，其中，所述低通滤波电路的结构为：串联电感与并联电容交替排列形成的可以阻隔高频信号通过的滤波电路；优选地，所述低通滤波电路的阶数为2阶～99阶。根据本专利技术第一方面的准集总元件极宽带带通滤波器，其中，所述变换为集总电路变换和微带电路变换。根据本专利技术第一方面的准集总元件极宽带带通滤波器，其中，所述集总电路变换为：先将高通电容插入低通滤波电路，再将电路中的T型电容网络等效替换为π型电容网络；优选地，在所述变换中，插入高通电容能向低通滤波电路中引入一个低频截止频率从而将低通电路变换为带通电路。根据本专利技术第一方面的准集总元件极宽带带通滤波器，其中，所述微带电路变换为：将微带低通电路中部分片状电容替换为插指电容，从而在不增加元件个数的情况下将微带低通电路转变为带通电路。本专利技术的第二方面提供了第一方面所述的准集总元件极宽带带通滤波器的制备方法，所述微带滤波器的制备方法包括以下步骤：先利用低通滤波电路的结构连接折线电感和片状电容，构成微带低通滤波器，再将部分片状电容替换为插指电容，构成微带带通滤波器。根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述的准集总的折线电感和片状电容的电参数利用低通滤波电路和传输函数计算得到；和/或所述的准集总的插指电容的电参数由公式和要求的截止频率计算得到；优选地，所述用于计算准集总元件电参数的传输函数选自以下一种或多种：切比雪夫函数、巴特沃兹函数、椭圆函数、准椭圆函数。根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述微带滤波器通过图形转移技术在微波电路板或高温超导薄膜材料上制造出所述微带线、折线电感、片状电容和/或插指电容；优选地，所述高温超导薄膜材料选自以下一种或多种：钇钡铜氧、镝钡铜氧、汞钡铜氧、铊钡钙铜氧；更优选地，所述高温超导薄膜材料生长于衬底上，所述的高温超导薄膜材料的衬底选自以下一种或多种：氧化镁、氧化铝、铝酸镧。根据本专利技术第二方面的制备方法，其中，所述折线电感的线宽和缝宽为1μm～10mm和/或所述折线电感的弯折数量为0个～99个；所述片状电容的长度和宽度为1mm～50mm；和/或所述插指电容的线宽和缝宽为1μm～10mm和/或所述插指电容的插指数量为2个～99个。本专利技术的第三方面提供了一种通信系统，所述通信系统包括如第一方面所述的准集总元件极宽带带通滤波器或按照第二方面所述的制备方法而制得的准集总元件极宽带带通滤波器。本专利技术属于射频或微波工程
，涉及一种准集总元件极宽带带通滤波器的制作方法。其由三层结构的超导薄膜制成，超导薄膜的底层为接地超导层，中层为电介质，顶层超导层刻有微带电路。顶层微带电路由微带准集总元件按照集总电路的结构连接而成，其中微带准集总元件包括：折线电感、片状电容和插指电容，其中集总电路结构为插入了串联电容的切比雪夫低通原型电路。微带电路具体结构为插指电容和片状电容交替排列，并在每两个电容之间串联一个折线电感，在电路的两端串联两个折线电感后以微带线与输入输出馈线相连而构成。本专利技术中的微带电路通过改变插指电容或折线电感和片状电容的参数可以达到独立调控滤波器的低频或高频的截止频率的效果，该滤波器具有极低的插入损耗，极高的带外抑制和极宽的带宽。本专利技术的技术方案为：一，低通滤波器原型的设计已知极宽带带通滤波器低频高频截止频率，根据高频截止频率，计算低通元件的电参数，将对应的微带准集总低通元件插入电路形成低通滤波器版图。二，高通滤波器元件对低通滤波器元件的替换根据极宽带带通滤波器的低频截止频率，计算高通元件的电参数，用对应的微带准集总高通元件替换低通滤波器中的对应元件，形成极宽带带通滤波器版图。三，滤波器的材料本专利技术的滤波器利用高温超导薄膜材料以及微带线结构，低温下微波表面电阻比常规金属小几个数量级，电路品质因数远高于常规材料制作的滤波器。本专利技术的滤波器可以具有但不限于以下有益效果：(1)滤波器低频的截止频率由高通元件决定，高频的截止频率由低通电路决定，通带的低频高频带边独立调控。(2)设计极宽带滤波器时，不会因强耦合导致的谐振器间存在强烈的相互影响，也不会造成电流密度过大导致滤波器损坏。(3)集总电路经过电路变换简化结构，利用微带准集总元件，可在不增加元件个数的情况下完成串联电容的插入。(4)本专利技术的设计采用集总电路结构，而非耦合谐振电路，不需考虑窄带近似；(5)元件之间以微带线直接相连，而非元件之间的相互耦合，能保证足够大的间距以减小元件之间相互影响；(6)对于任意要求频段，利用公式计算和电路仿真可确定每个元件的具体参数，从而简化、精确化设计流程；(7)易于设计高阶滤波器，不需要引入极强的外部耦合就能获得微小的插入损耗，同时获得高带边陡度和高带外抑制。(8)易于向电路中添加陷波结构，从而抑制通带内可能出现的某个强干扰信号，或在不改变通带性能的情况下进一步优化带外性能。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种准集总元件极宽带带通滤波器，其特征在于，所述准集总元件极宽带带通滤波器由三层结构的超导薄膜制成，超导薄膜的底层为接地超导层，中层为电介质，顶层超导层刻有微带电路；/n其中，所述顶层超导层微带电路为由准集总的折线电感、片状电容、插指电容和输入输出馈线按照低通滤波电路结构连接再经过变换而成的微带滤波器。/n

【技术特征摘要】
1.一种准集总元件极宽带带通滤波器，其特征在于，所述准集总元件极宽带带通滤波器由三层结构的超导薄膜制成，超导薄膜的底层为接地超导层，中层为电介质，顶层超导层刻有微带电路；
其中，所述顶层超导层微带电路为由准集总的折线电感、片状电容、插指电容和输入输出馈线按照低通滤波电路结构连接再经过变换而成的微带滤波器。


2.根据权利要求1所述的准集总元件极宽带带通滤波器，其特征在于，所述低通滤波电路的结构为：串联电感与并联电容交替排列形成的可以阻隔高频信号通过的滤波电路；
优选地，所述低通滤波电路的阶数为2阶～99阶。


3.根据权利要求1或2所述的准集总元件极宽带带通滤波器，其特征在于，所述变换为集总电路变换和微带电路变换。


4.根据权利要求3所述的准集总元件极宽带带通滤波器，其特征在于，所述集总电路变换为：先将高通电容插入低通滤波电路，再将电路中的T型电容网络等效替换为π型电容网络；
优选地，在所述变换中，插入高通电容能向低通滤波电路中引入一个低频截止频率从而将低通电路变换为带通电路。


5.根据权利要求3或4所述的准集总元件极宽带带通滤波器，其特征在于，所述微带电路变换为：将微带低通电路中部分片状电容替换为插指电容，从而在不增加元件个数的情况下将微带低通电路转变为带通电路。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的准集总元件极宽带带通滤波器的制备方法，其特征在于，所述微带滤波器的制备方法包括以下步骤：
先利用低通滤波电路的结构连接折...

【专利技术属性】
技术研发人员：代金豪，吴云，袁跃峰，王佳，王旭，李国强，李春光，张雪强，孙亮，何豫生，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11