[發明專利]一種多分枝耦合結構的X波段高溫超導三工器及制備方法

有效

• 申請號: 201610304066.9
• 申請日: 2016-05-10
• 公開（公告）號: CN105762477B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 宋曉科;劉勇;佘亞軍;王紅華;羅濤
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12;H01P1/213;H01P11/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗;仇蕾安

本發明公開了一種多分枝耦合結構的X波段高溫超導三工器及其制備方法。使用本發明能夠制備出在X波段帶內插入損耗小，濾波通道數為3的三工器，結構簡單緊湊且易于集成在通信系統微波接收前端，實現高靈敏度通信。本發明通過選用高品質因素的諧振器來構成低損耗的濾波通道，選用阻抗匹配法來快速實現雙工器設計和性能優化。采用層層迭代法，將雙工器視為一個整體，與另一個通道進行快速并聯集成，并實現良好的設計指標。采用高溫超導材料來制備三工器電路，采用鍍金封裝盒來降低電路損耗，采用金屬屏蔽板來隔離每一通道，同時解決了通道間耦合和抑制封裝盒微波諧振模式的問題，進而實現了具有良好帶內性能的高溫超導窄帶三工器。

技術領域

本發明涉及微波通訊設備技術領域，具體涉及一種多分枝耦合結構的X波段高溫超導三工器及制備方法。

背景技術

在微波通信系統中，通信衛星、海洋雷達、火控雷達等通信系統工作在X波段，X波段濾波器往往集成在通信接收機前端，起到頻率選擇的作用。多工器具有多個頻段可供通信選擇，以解決單一濾波器的頻帶被干擾而影響通信的問題。

諧振器是構成濾波器或多工器的基本單元，在諧振器的設計過程中，首先要考慮的因素就是該諧振器是否具有高的無載Q值，以實現較低的濾波器插入損耗。高節數微帶濾波器的插入損耗值(以下簡稱‘插損’)可以從科恩公式得出：

在上式中，(L_A)₀是濾波器在其中心頻點處的插損，n是諧振器的數量，Q_u是諧振器的無載品質因數，FBW是濾波器的相對帶寬。諧振器的無載品質因數Q_u主要由諧振器的導體損耗和諧振器結構所決定的。然而，由于傳統材料制備的濾波器和多工器的帶內插入損耗在X波段范圍內較大，進而會導致通信質量迅速下降。高溫超導材料的本征導體損耗遠低于常規金屬的導體損耗，采用具有極低表面電阻的超導材料來制備濾波器或多工器可以大大提高通帶的帶內性能。

圖1為工作在S波段(S波段范圍為2～4GHz)的高溫超導雙工器(詳見Y.Heng,X.B.Guo,B.S.Cao,B.Wei,X.P.Zhang,G.Y.Zhang,and X.K.Song,Design andOptimization of a Superconducting Contiguous Diplexer Comprising DoublyTerminated Filters,IEEE Trans Appl Supercond 23(2013),1501706)，此超導雙工器采用一種簡單而有效的方法來進行設計，它采用一種單螺旋結構來構建每個通道的濾波器，并在設計過程中采用等效電路模型來進行仿真，可以準確地代表帶內和帶外的信道濾波器的特性。通過分析和適當調整通道濾波器的輸入阻抗，可較為容易地優化雙工器的等效電路。該S波段超導雙工器采用MgO基片作為襯底，超導材料為YBCO，雙工器尺寸為32.6mm×18mm，測量結果如圖2，該雙工器的性能與仿真結果吻合較好。它實現了極好的帶內性能，回波損耗為18.9dB，插入損耗為0.13dB。

然而，導體損耗會隨著微波頻率的升高而迅速增加，諧振器的Q_u會隨著工作頻率的提高而顯著下降。由于X波段微帶濾波器的頻率范圍為8～12GHz，所以該頻段范圍導體損耗會迅速增大，從而導致Q_u顯著提高，進而增大了濾波器的插損值(L_A)₀。所以高性能X波段的高溫超導多工器設計和制備難度大于S波段高溫超導多工器，本發明研制的高溫超導三工器的濾波通道數為3，大于圖1中高溫超導雙工器的濾波通道數2，這也增加了設計和制備難度。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種多分枝耦合結構的X波段高溫超導三工器，能夠在X波段帶內插入損耗小，濾波通道數為3，結構簡單緊湊且，易于集成在通信系統微波接收前端，實現高靈敏度通信。