带通滤波器
阅读：727发布：2020-05-12
专利汇可以提供带通滤波器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种带通 滤波器 ，包括：主体；限定在主体中的矩形 波导 ，矩形波导具有a×b的横截面，每一个宽边壁的中心部分设置有固定凹槽；和 电介质 插片，电介质插片的两个端部分别置于固定凹槽中且电介质插片大致沿宽边壁的中垂面对称布置，电介质插片具有电介质板和设置在电介质板侧面的高温超导 薄膜 ，高温超导薄膜设置有成一列布置的多个等高矩形窗口，其中：每一个宽边壁上设置有一个矩形槽，固定凹槽形成在矩形槽中，矩形槽关于所述中垂面对称布置，矩形槽的长度与矩形波导的长度相同，宽度w满足t＜w＜a/2，t为电介质板与高温超导薄膜的总厚度，深度d满足d＜λ/4，其中λ是 带通滤波 器 的工作带宽的中心 频率 对应 波长 。，下面是带通滤波器专利的具体信息内容。
1.一种带通滤波器，包括：
主体；
限定在主体中的矩形波导，所述矩形波导具有a×b的横截面，其中，矩形波导的宽边壁的长度为a，矩形波导的窄边壁的长度为b，每一个宽边壁的中心部分设置有固定凹槽；
和
电介质插片，所述电介质插片的两个端部分别置于所述固定凹槽中且所述电介质插片大致沿所述宽边壁的中垂面对称布置，所述电介质插片具有电介质板和设置在电介质板侧面的高温超导薄膜，高温超导薄膜设置有成一列布置的多个等高矩形窗口，其中：
每一个宽边壁上设置有一个矩形槽，固定凹槽形成在所述矩形槽中，矩形槽关于所述中垂面对称布置，矩形槽的长度与矩形波导的长度相同、宽度w小于a且大于电介质板与高温超导薄膜的总厚度t。
2.根据权利要求1所述的带通滤波器，其中：
矩形槽的深度d满足d＜λ/4，其中λ是带通滤波器的工作带宽的中心频率对应波长。
3.根据权利要求1或2所述的带通滤波器，其中：
所述矩形槽的宽度w满足t＜w＜a/2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的带通滤波器，其中：
所述电介质板的两侧均设置有所述高温超导薄膜。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的带通滤波器，其中：
所述主体由两个半体形成，所述两个半体关于所述中垂面对称布置，且所述电介质插片的两个端部被所述两个半体夹持。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的带通滤波器，其中：
窗口的高度h满足b/2＜h＜b。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的带通滤波器，其中：
所述电介质插片置于固定凹槽中的端部的外表面与固定凹槽的内壁表面之间设置有导热层，所述导热层可变形以吸收电介质板的变形。
8.根据权利要求7所述的带通滤波器，其中：
所述导热层为铟箔。
带通滤波器
技术领域
背景技术
[0002] 安装在低噪声放大器(LNA)的输入端的带通滤波器为无线电子设备提供电磁兼容能力，即避免高灵敏度接收器的输入电路受到工作频带以外的电磁信号的影响。当前，晶体管低噪声放大器因其较低的噪声温度、较宽的工作频带以及工作状态上的优势(稳定性、低功耗以及可以工作于较低温度)已经大规模应用，并替代了早期的参量放大器和量子放大器。
[0003] 高灵敏度接收器的主要指标是其等效噪声温度TR，该等效噪声温度主要由低噪声放大器的噪声温度TR和在低噪声放大器的输入端的无源电路(如带通滤波器)的噪声温度TF确定，即TR＝TF+TA。为了降低TR，晶体管低噪声放大器可以被置于低温下。带通滤波器的噪声温度TF取决于其本身的工作温度T0和插入损耗LdB。在较低的插入损耗的情况下，例如LdB＜0.5dB的情况下，带通滤波器的噪声温度TF由以下简单公式定义：TF＝(LdB/4.34)T0(参见Siegman A.E.Microwave Solid-State Masers/New York-San Francisco-Toronto-London:McGraw-Hill Book Company,1964)。对于插入损耗为0.1dB的器件，工作温度为300K时的噪声温度为7K，而将它的工作温度降低至60K时，噪声温度降为1.4K。由此可见，降低接收机前端的工作温度优势十分明显。
[0004] 带通滤波器的插入损耗LdB越小，噪声温度TF越低。若采用更高电导率、更低微波表面电阻Rs的材料来制作带通滤波器会带来一定的优势。这是在带通滤波器的设计中使用高温超导(HTS)材料的重要原因。不仅如此，HTS材料的表面电阻Rs比一般材料的表面电阻Rs小几个数量级，且这些材料在冷却到液氮温度(约77K)或低于液氮温度的低温态时会呈现超导状态，从而在接收器的低温电子装置中可以使用可靠和经济的制冷机。当前，HTS材料的技术已经达到较高水平。本发明提出关于带通滤波器的技术方案，该带通滤波器使用HTS材料，HTS材料以HTS膜的形式沉积在具有低的介电损耗的电介质板(衬底)的侧面上(例如，在MgO衬底上沉积YBaCuO超导层)。
[0005] 在矩形波导中具有E平面(E-plane)金属插片的多阶带通滤波器是熟知的现有技术(参见Vahldieck R.,Bornemann J.,Arndt F.,Graueryolz D.Optimized Waveguide E-Plane Metal Insert Filters for Millimeter-Wave Applications//IEEE Trans.Microwave Theory Tech.Vol.31,No.1,1983,pp.65-69)。在矩形波导的宽边壁之间，在矩形波导的E平面中，设置了多个金属条，金属条之间形成常规形式的矩形波导。这些常规形式的矩形波导相当于滤波器中的谐振器，被金属条分隔的矩形波导的两部分则使得这些谐振器进行耦合。矩形波导两端被金属条分隔的部分则可用于滤波器的输入输出耦合。
[0006] 已经提出了基于上述结构的称为鳍线(fin-line)滤波器的带通滤波器。其中，代替在滤波器中使用E平面金属插片，而是使用E平面电介质插片。普通金属的金属条施加到插片的一侧或两侧表面(例如参见，Arndt F.,Bornemann J.,Grauneryolz D.,Vahldieck R.Theory and Design of Low-Insertion Loss Fin-Line Filters//IEEE Trans.Microwave Theory Tech.Vol.30,No.2,1982,pp.155-163)。这种结构的好处是可以引入光刻制造工艺以提高金属条的加工精度，使得滤波器应用于毫米波波段。
[0007] 文 献 (MansourR.R.,ZyburaA.SuperconductingMillimeter-WaveE-PlaneFilters//IEEETrans.MicrowaveTheoryTech.Vol.39,No.9,1991,pp.1588-1492)首次提出了在带通滤波器的E平面中使用HTS材料的插片代替鳍线插片。文献(LiangHan,YiyuanChen,YunyiWang.DesignandPerformanceofWaveguidevЕ-PlaneHTSCInsertFilters/1992IEEEMTT-SDigest,рр.913-916)对这样的滤波器进行了试验 研 究。 在 文 献 (Skresanov V.N.,Barannik A.A.,Cherpak N.T.,Y.He,Glamazdin V.V.,Zolotaryov V.A.,Shubny A.I.,Sun L.,Wang J.,Wu Y./Experience in Developing Ka-Band Waveguide Filter with HTS E-Plane Insert/The 8-th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves,Millimeter and Submillimeter Waves(MSMW’2013)Kharkov,Ukraine,June23-28,2013)中，发明人将具有HTS材料的E平面插片的带通滤波器的指标与具有普通金属的E平面插片的带通滤波器的指标进行了比较。具体地，比较表明，如果不能实现HTS插片与波导壁之间的良好接触，则不能获得基于HTS材料E平面插片的带通滤波器的优点。接触区域应该具有小的微波功率损失，保证THS插片与波导壁之间的良好热接触，并且防止在冷热循环中滤波器的易碎的衬底被损坏。
[0008] 这类带通滤波器在技术上最可能实现的方案如下：包括横截面为a×b的矩形波导以及电介质板，电介质板的两侧表面上设置有高温超导膜，高温超导膜具有多个矩形窗口。具体的，该多个窗口关于矩形波导的高度方向上的中分面对称、等高、具有不同的长度、且彼此之间的距离不同。电介质板安装在波导内与宽边方向垂直的轴平面上(参见Liang Han,Yiyuan Chen,Yunyi Wang.Design and Performance of WaveguideЕ-Plane HTSC Insert Filters/1992IEEE MTT-S Digest,рр.913-916)。各个矩形窗口的长度以及各窗口之间的距离通过计算得出，且各不相同。这些尺寸决定了谐振器的本征频率、谐振器间的耦合系数以及谐振器与传输线间的耦合系数。这些参数是根据滤波器的指标要求设计的。
[0009] 上述带通滤波器的技术方案是基于已有的E平面鳍线滤波器方案，并且由于从HTS材料相较于通常金属可以有效减小微波表面电阻，可以降低插入损耗。与上述降低插入损耗的方案相结合的降低插入损耗的另一方案是：在将电介质插片引入到波导中之后，利用插片的导电表面中的电流，可以实现对波导壁中的表面电流的重新分布。
[0010] 然而，这些优点的实现会在技术上遇到挑战。插入损耗的组成中的一种是在HTS膜与波导壁之间的接触区域中的微波能量的散射，该散射应该比HTS膜中的热热损耗小。在上述带通滤波器的技术方案中，如果滤波器主体的表面被抛光而与插片的HTS膜在机械上紧密接触，则可以满足该要求。电介质板(衬底)应该由具有低的电介质损耗且晶格结构与HTS的晶体结构近似的材料制成。一些单晶电介质，如MgO，LaAlO3,或Al2O3，具有这样的特性。另外，专用的电介质板具有易碎性，并且还要与滤波器主体机械性紧密接触，从而在滤波器的冷热循环中容易损坏。即使选择线性膨胀系数与电介质板的线性膨胀系数相近的材料制造主体，例如，对于MgO衬底，使用钛作为主体，也不能解决电介质板易损坏的问题。这是因为在冷却过程中，滤波器主体中出现温度梯度，该温度梯度导致电介质板内产生不可接受的机械应力。
发明内容
[0011] 本发明旨在对现有技术中的带通滤波器进行改进，以克服现有技术中的缺点的至少一个方面。
[0012] 本发明的一个目的是减小带通滤波器中矩形波导与电介质插片之间的表面电流密度，使得微波损耗在矩形波导与电介质插片接触不良时仍然可以降低到可忽略的数量级。
[0013] 本发明的另一个目的是避免多次低温循环时电介质插片中的电介质板(衬底)碎裂的现象，以提高了带通滤波器的可靠性。
[0014] 根据本发明的实施例的一个方面，提出了带通滤波器，包括：主体；限定在主体中的矩形波导，所述矩形波导具有a×b的横截面，其中，矩形波导的宽边壁的长度为a，矩形波导的窄边壁的长度为b，每一个宽边壁的中心部分设置有固定凹槽；和电介质插片，所述电介质插片的两个端部分别置于所述固定凹槽中且所述电介质插片大致沿所述宽边壁的中垂面对称布置，所述电介质插片具有电介质板和设置在电介质板侧面的高温超导薄膜，高温超导薄膜设置有成一列布置的多个等高矩形窗口，其中：每一个宽边壁上设置有一个矩形槽，固定凹槽形成在所述矩形槽中，矩形槽关于所述中垂面对称布置，矩形槽的长度与矩形波导的长度相同、宽度w小于a且大于电介质板与高温超导薄膜的总厚度t。
[0015] 可选地，上述带通滤波器中，矩形槽的深度d满足d＜λ/4，其中λ是带通滤波器的工作带宽的中心频率对应波长。
[0016] 可选地，上述带通滤波器中，所述矩形槽的宽度w满足t＜w＜a/2。
[0017] 可选地，上述带通滤波器中，所述电介质板的两侧均设置有所述高温超导薄膜。
[0018] 可选地，上述带通滤波器中，所述主体由两个半体形成，所述两个半体关于所述中垂面对称布置，且所述电介质插片的两个端部被所述两个半体夹持。
[0019] 可选地，上述带通滤波器中，窗口的高度h满足b/2＜h＜b。
[0020] 可选地，上述带通滤波器中，所述电介质插片置于固定凹槽中的端部的外表面与固定凹槽的内壁接触的表面之间设置有导热层，所述导热层可变形以吸收电介质板的变形。进一步地，所述导热层为铟箔。附图说明
[0021] 图1为根据本发明的一个示例性实施例的带通滤波器的透视图。
[0022] 图2是图1中的带通滤波器的波导的横截面图。
[0023] 图3为图1中的带通滤波器的沿矩形波导的轴平面的截面图，该轴平面垂直于矩形波导的宽边壁。
[0024] 图4为带通滤波器内谐振器耦合的CST建模示意图。
[0026] 图6示出8阶带通滤波器的S参数与频率之间的关系。
[0027] 图7示出8阶带通滤波器的插入损耗。
[0028] 图8示出带通滤波器中具有HTS插片的矩形波导中的耦合谐振器中的电流分布。
[0029] 图9示出带通滤波器中具有HTS插片的交叉波导(cross waveguide)中的耦合谐振器中的电流分布。图10示出带通滤波器元件中的损耗与矩形槽的深度的相关性。
[0030] 图11示出带宽同为250MHz的两个2阶滤波器的插入损耗(曲线1对应工作在77K时矩形波导中具有E平面铜插片的2阶滤波器，曲线2对应工作在77K时矩形波导中具有HTS插片的2阶滤波器)。
具体实施方式
[0031] 下面详细描述本发明的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0032] 如图1和2所示，带通滤波器包括a×b横截面的矩形波导1，和电介质板(或衬底)2。电介质板2的两侧覆盖有相同的高温超导薄膜(HTS薄膜)3，HTS薄膜3具有相同高度的多个窗口4，如图2所示，多个窗口4关于矩形波导在高度方向上的中分面P1对称布置。窗口4具有不同的长度，相对于彼此具有不同的距离，它们的值由带通滤波器所需达到的指标确定。电介质板2安装在波导1的宽边壁的中垂面P2中。具有HTS薄膜3和窗口4的电介质板2下文称为HTS插片。
[0033] 长度等于HTS插片的长度的矩形槽5沿着波导的轴线方向在波导1的两个宽边壁中切成，并且相对于宽边壁的中垂面P2中心对称布置。电介质板2利用固定凹槽9固定在矩形槽5的底部。
[0034] HTS薄膜3也可以仅仅设置在电介质板2的一侧。
[0035] 由此，本发明提出了一种带通滤波器，包括：
[0036] 主体10；
[0037] 限定在主体10中的矩形波导1，所述矩形波导1具有a×b的横截面，其中，矩形波导1的宽边壁的长度为a，矩形波导1的窄边壁的长度为b，每一个宽边壁的中心部分设置有固定凹槽9；和
[0038] 电介质插片，所述电介质插片的两个端部分别置于所述固定凹槽9中且所述电介质插片大致沿所述宽边壁的中垂面P2对称布置，所述电介质插片具有电介质板2和设置在电介质板侧面的HTS薄膜3，HTS薄膜3设置有成一列布置的多个等高矩形窗口4，[0039] 其中：
[0040] 每一个宽边壁上设置有一个矩形槽5，固定凹槽9形成在矩形槽5中，矩形槽5关于中垂面P2对称布置，矩形槽5的长度与矩形波导的长度相同、宽度w小于a且大于电介质板2与HTS薄膜的总厚度t。
[0041] 固定电介质板2的一个方法是将HTS插片夹在构成主体10的两个相同的半体6之间。两个半体6的表面形状形成为在将两个半体压紧后，同时形成矩形波导1和矩形槽5。在宽边壁中具有矩形槽的矩形波导在文献(Tham Q.C.Modes and Cutoff Frequencies of Crossed Rectangular Waveguides/IEEE Trans.Microwave Theory Tech.Vol.25,No.7,1977,pp.585-588)中通常称为交叉波导。为了在HTS插片与半体之间形成可靠的热接触，理想的是在插片与半体的配合表面之间插入薄的导热层7在本发明中，导热层7中的微波能量损耗即使在导热层7的电导率很低的情况下也非常小。同时，在冷热循环的过程中，导热层7可以消除电介质板2中的机械应力，从而防止电介质板2被损坏。该导热层7不仅可以在低温下工作，而且具有延展性或弹性，以用于吸收电介质板的变形。导热层7可以由铟箔制成。
[0042] 矩形槽5的几何尺寸基于HTS插片的厚度t和电物理特性。沟槽的深度d需要足够深，有利地，还不超过带通滤波器的工作带宽的中心频率对应波长(滤波器带宽的中心波长)的1/4，矩形槽5的宽度w满足条件t＜w＜a/2。窗口4的高度h主要由HTS材料的电导率确定，窗口4的高度h可以满足条件b/2＜h＜b。
[0043] 本发明提出的在交叉波导中具有E平面HTS插片的滤波器的操作原理与在矩形波导中具有E平面HTS插片的滤波器的操作原理类似，两者的不同在于，对带通滤波器的电磁分析方法以及改进滤波器性能的能力。
[0044] 对于一个有确定指标要求(如带宽、回波损耗和带边陡度)的带通滤波器，最有效的电磁分析方法是重点考虑关键性指标，并以此为出发点计算出满足各项指标的散射矩阵。在设计初期，以该矩阵为基础，通过建立等效电路模型计算并建立原型滤波器，最后，根据指标建立与滤波器的几何结构相关的参量方程，通过优化几何结构，最终达到设计指标。
[0045] 目前，采用上述方法设计的E面金属插片或鳍线插片波导滤波器已有报道，例如参 见 (Vahldieck R.,Bornemann J.,Arndt F.,Grauerholz D.//Optimized Waveguide E-Plane Metal Insert Filters for Millimeter-Wave Applications.IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,Vol.31,No.1,pp.65-69,1983.) 以 及 (Arndt F.,Bornemann J.,Grauneryolz D.,Vahldieck R.Theory and Design of Low-Insertion Loss Fin-Line Filters//IEEE Trans.Microwave Theory Tech.Vol.30,No.2,1982,pp.155-163)。设计一个鳍线滤波器时，需要分析每一个“交叉波导”内电磁场的本征方程。目前可以采用CST软件对麦克斯韦方程组进行拟合计算，分析滤波器内的电磁特性。
[0046] 设计时，在第一阶段，根据理论电路模型确定带通滤波器原型的一个初步方案，确定带通滤波器的参数，如滤波器阶数、滤波器的谐振器的本征频率和相互耦合系数、端部谐振器的外部Q因子QEX(参见J.L.Matthae,L.Young,E.M.T.Jones,MicrowaveFilters,Impedance-MatchingNetworks,andCouplingStructures-McGraw-HillCo.,1968.)。
[0047] 在第二阶段，对以下参数设定一个初始值：1)谐振器长度(即：窗口长度)，其确定谐振器的本征频率；2)耦合部分的长度，即决定谐振器之间耦合的部分的长度(如：窗口的间距)；3)矩形波导两端的、与输入输出线耦合的端部的长度，其决定端部谐振器的外部Q因子QEX输入输出Q值的部分的长度(必须指出的是该值还受到矩形槽的尺寸的影响)。据此，创建一个如图4的CST模型进行仿真，并得出S参数基于频率的曲线，参见图5中示出的示例。根据这一S参数曲线，可以采用发明人提出的S参数提取方法，计算得出谐振器的本征频率以及谐振器之间的耦合系数(V.N.Skresanov,V.V.Glamazdin,N.T.Cherpak"The Novel Approach to Coupled Mode Parameters Recovery from Microwave Resonator Amplitude-Frequency Response",European Microwave Conference.(EuMW2011Conference Proceedings).9-14October 2011.-Manchester,UK.-EuMA.-2011.-pp.826-829)。通过改变窗口的长度以及窗口间的距离，可以调整等效电路的参数和滤波器初步方案的参数。
[0048] 在第三阶段，根据第二阶段建立的谐振器模型和谐振器间的耦合模型，可以建立带通滤波器的CST模型。根据目标滤波器的指标，建立目标方程，采用CST软件中最优梯度法(optimization gradient method)，可进一步精确地确定谐振器的长度和它们的间距。图6和图7是一个8阶滤波器的仿真结果(曲线1和2是滤波器的无耗材料的参数的仿真结果)。在图6和7中，滤波器的指标给定如下：中心频率为30.5GHz，-3dB带宽为1.2GHz，-70dB带宽不大于3GHz，回波损耗优于25dB。
[0049] 曲线3和曲线4是考虑了在工作温度为77K时滤波器的热损耗的频率特性曲线。-6
仿真时，MgO的损耗正切取值为tanδ＝6.2×10 ，波导金属内壁的电导率的取值为σAg＝
8 10
5.56×10S/m，HTS薄膜的等效电导率为σHTS＝1.0×10 S/m。仿真结果表明，滤波器的插入损耗不超过0.2dB。在E面HTS插片滤波器的计算结果中也可以得到相似的结果。这里并没有计入超导薄膜与金属间的接触损耗，然而，这是实际情况中始终存在的。
仿真时，MgO的损耗正切取值为tanδ＝6.2×10 ，波导金属内壁的电导率的取值为σAg＝
8 10
5.56×10S/m，HTS薄膜的等效电导率为σHTS＝1.0×10 S/m。仿真结果表明，滤波器的插入损耗不超过0.2dB。在E面HTS插片滤波器的计算结果中也可以得到相似的结果。这里并没有计入超导薄膜与金属间的接触损耗，然而，这是实际情况中始终存在的。
[0050] 在矩形波导的宽边壁中的矩形槽可以将HTS插片与波导接触导致的损耗降低到可忽略的值。图8和图9显示了波导壁中的表面电流分布，以及在矩形波导和交叉波导中的E平面HTS插片的HTS层中的表面电流分布。可以清楚的看到，在矩形波导情况下接触区域处的电流密度显著高于在交叉波导情况下接触区域处的电流密度。因此，对于相同的接触电阻，交叉波导情况下的插入损耗较小。
[0051] 对于这种情况可以进行一个定量分析。图10示出了带通滤波器的各部件中的热损耗与矩形槽的深度的相关性。明显地，当k＝0时的情况即为交叉波导变为矩形波导的特殊情况。图中是各损耗的仿真结果：曲线1和曲线2是波导的水平壁和竖直壁中的损耗；曲线4是HTS层中的损耗；曲线5是电介质板中的损耗；以及曲线3是接触区域中的损耗，
5
假定金属层的厚度为0.05mm且电导率σC＝1.0x10 S/m。这些滤波器的各部分的相对损耗也在图中列出，并且对于每一种几何形状，即对于每一个特定的沟槽深度，取100％作为总损耗。同时，计算了输入功率为1W时滤波器在每一种几何形状下的总损耗值(曲线6)。
5
假定金属层的厚度为0.05mm且电导率σC＝1.0x10 S/m。这些滤波器的各部分的相对损耗也在图中列出，并且对于每一种几何形状，即对于每一个特定的沟槽深度，取100％作为总损耗。同时，计算了输入功率为1W时滤波器在每一种几何形状下的总损耗值(曲线6)。
[0052] 从图中可以看出，当矩形槽的深度增加时，损耗开始迅速减小，当矩形槽的深度增加到一定值时(如d≈0.5mm的情况)，损耗趋于一个恒定值。这是由于接触区域中较低的插入损耗造成的。对于d＞0.5mm，接触区域的损耗可与其他部件中的损耗相当。
[0053] 对于中心频率已经确定的带通滤波器，矩形槽5的最优尺寸与电介质板2的厚度以及HTS层3的电物理特性相关。如前文所述，矩形槽5的最优值中，深度槽的深度d满足d＜λ/4，其中λ是带通滤波器的工作带宽的中心频率对应波长，宽度w满足t＜w＜a/2，其中t为电介质板和HTS薄膜的总厚度。
[0054] 除了在交叉波导的情况下减少接触区域中的损耗，还有另外的方法来降低损耗，即采用小表面电阻的高温超导材料或选用较高的等效电导率的高温超导材料。例如，在厘12
米波或更高波段时，高温超导材料的等效电导率σHTS大于1.0×10 S/m。引入HTS插片导致波导内的电磁场更多地集中到高温超导材料上，从而降低了波导中的其他部分中的场强度，此时，HTS插片相当于一条开路传输线。这段传输线类似一段屏蔽槽线。随着窗口高度的减小，电磁场更加集中到HTS插片的谐振器中。显然，HTS薄膜的电导率越高，介质衬底的损耗越小，那么由HTS插片引起的电磁损耗也就越小。这一点可以在另外改变窗口的高度h得到的结果中体现。
米波或更高波段时，高温超导材料的等效电导率σHTS大于1.0×10 S/m。引入HTS插片导致波导内的电磁场更多地集中到高温超导材料上，从而降低了波导中的其他部分中的场强度，此时，HTS插片相当于一条开路传输线。这段传输线类似一段屏蔽槽线。随着窗口高度的减小，电磁场更加集中到HTS插片的谐振器中。显然，HTS薄膜的电导率越高，介质衬底的损耗越小，那么由HTS插片引起的电磁损耗也就越小。这一点可以在另外改变窗口的高度h得到的结果中体现。
[0055] 最后，分析一下影响该带通滤波器指标的参数。带通滤波器内的插入损耗与滤波器的谐振器的本征Q因子Q0和外部Q因子QEX之间的关系有关。对于两个相互耦合的谐振器，满足如下等式(参见J.L.Matthae,L.Young,E.M.T.Jones,Microwave Filters,Impedance-Matching Networks,and Coupling Structures-McGraw-Hill Co.,1968)：
[0056]
[0057] 其中，k为耦合谐振器的固有频率(normal frequencies)的相对失谐(relative detuning)。
[0058] 本征Q因子Q0与插入损耗成一定的反比关系，因此，采用损耗更小的高温超导材料可以有明显的好处，特别是在微波低频频段。
[0059] 外部Q因子QEX确定带宽，若要减小带宽，则需要增大外部Q因子QEX。这增大了QEX/Q0，而根据公式(1)，QEX/Q0的增大会增大插入损耗，因此引入HTS插片的好处在窄带滤波器中能得到更好的体现。图11是两个250MHz带宽的Ka波段2阶带通滤波器的插入损耗的比较图，其中一个带通滤波器的波导中具有HTS插片，而另一个带通滤波器的波导中具有铜插片波导滤波器在77K工作温度下的插入损耗的比较图。可以看到，对于2阶滤波器，与金属插片滤波器相比，HTS插片滤波器的插入损耗有ΔL2＝0.06dB的优势。
[0060] 阶数越多，插入损耗会越大，引入超导插片的优势也就越明显。多阶滤波器引入HTS插片可以带来的优势可以用以下公式来量化(参见J.L.Matthae,L.Young,E.M.T.Jones,Microwave Filters,Impedance-Matching Networks,and Coupling Structures-McGraw-Hill Co.,1968.)：
[0061] Ln[dB]≈8.69Cnδ (2)
[0062] 其中，n是滤波器阶数；δ是滤波器的谐振器中的衰减率；Cn是与滤波器阶数有关的系数。
[0063] 对于Butterworth滤波器，有C1＝1.0；C2＝1.4；C3＝2.0；C4＝2.6；C5＝3.2；C6＝3.9；C7＝4.5；C8＝5.1。从而基于公式(2)，可得公式(3)：
[0064] L8[dB]＝L2(C8/C2)＝3.64L2 (3)
[0065]
[0066] 公式(3)也可以用于计算损耗的增加。将实验得到的数值ΔL2＝0.06dB(图11)代入到公式(3)，可得到ΔL8＝0.2dB，这已经是相当大的值。对于带宽更窄的窄带滤波器，这个值会更小。
[0067] 在使用窄带滤波器(具有陡峭前沿)的高敏感性微波接收器的低温电子装置中，使用E平面HTS插片的带通滤波器具有显著的技术效果。
[0068] 在本发明中，使用E平面HTS插片的带通滤波器与现有的使用E平面金属插片的带通滤波器相比，可以减少插片与波导主体之间的接触区域中的损耗，另外，可以避免插片中的电介质板损坏，从而增加了带通滤波器的可靠性。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 带通滤波器 | 2020-05-11 | 755 |
| 带通滤波器 | 2020-05-12 | 135 |
| 带通滤波器 | 2020-05-12 | 337 |
| 带通滤波器 | 2020-05-12 | 944 |
| 带侧通道泵 | 2020-05-12 | 992 |
| 带通滤波器 | 2020-05-13 | 505 |
| 带通滤波器 | 2020-05-13 | 270 |
| 带通滤波器 | 2020-05-13 | 565 |
| 一种多通带带通滤波器 | 2020-05-11 | 281 |
| 微带双通带带通滤波器 | 2020-05-11 | 122 |
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