振器之間禪合的部分的長度（如；窗 口的間距）；3)矩形波導兩端的、與輸入輸出線禪合的端部的長度，其決定端部諧振器的 外部Q因子斯X輸入輸出Q值的部分的長度（必須指出的是該值還受到矩形槽的尺寸的 影響）。據(jù)此，創(chuàng)建一個如圖4的CST模型進行仿真，并得出S參數(shù)基于頻率的曲線，參見 圖5中示出的示例。根據(jù)該一S參數(shù)曲線，可W采用發(fā)明人提出的S參數(shù)提取方法，計算 得出諧振器的本征頻率W及諧振器之間的禪合系數(shù)（V.N.Skresanov,V.V.Glamazdin,N. T.Cherpak"TheNovelApproachtoCoupledModeParametersRecoveryfromMicrowave ResonatorAmplitude-FrequencyResponse",EuropeanMicrowaveConference.(EuMW 201IConferenceProceedings). 9-140ctober2011. -Manchester,UK. -EuMA.-2011.-pp. 826-829)。通過改變窗口的長度W及窗口間的距離，可W調整等效電路的參數(shù)和濾波器 初步方案的參數(shù)。
[0048] 在第H階段，根據(jù)第二階段建立的諧振器模型和諧振器間的禪合模型，可W建立 帶通濾波器的CST模型。根據(jù)目標濾波器的指標，建立目標方程，采用CST軟件中最優(yōu)梯 度法（optimizationgradientmethod),可進一步精確地確定諧振器的長度和它們的間 距。圖6和圖7是一個8階濾波器的仿真結果（曲線1和2是濾波器的無耗材料的參數(shù) 的仿真結果）。在圖6和7中，濾波器的指標給定如下；中也頻率為30. 5GHz，-3地帶寬為 1. 2細Z，-70地帶寬不大于3細Z，回波損耗優(yōu)于25地。
[0049] 曲線3和曲線4是考慮了在工作溫度為77K時濾波器的熱損耗的頻率特性曲線。 仿真時，MgO的損耗正切取值為tan5 =6.2X1(T6,波導金屬內壁的電導率的取值為〇Ag= 5. 56X108S/m，HTS薄膜的等效電導率為〇hts=l.〇Xl〇i°S/m。仿真結果表明，濾波器的插 入損耗不超過0.2地。在E面HTS插片濾波器的計算結果中也可W得到相似的結果。該里 并沒有計入超導薄膜與金屬間的接觸損耗，然而，該是實際情況中始終存在的。
[0050] 在矩形波導的寬邊壁中的矩形槽可W將HTS插片與波導接觸導致的損耗降低到 可忽略的值。圖8和圖9顯示了波導壁中的表面電流分布，W及在矩形波導和交叉波導中 的E平面HTS插片的HTS層中的表面電流分布?？蒞清楚的看到，在矩形波導情況下接觸 區(qū)域處的電流密度顯著高于在交叉波導情況下接觸區(qū)域處的電流密度。因此，對于相同的 接觸電阻，交叉波導情況下的插入損耗較小。
[0051] 對于該種情況可W進行一個定量分析。圖10示出了帶通濾波器的各部件中的熱 損耗與矩形槽的深度的相關性。明顯地，當k= 0時的情況即為交叉波導變?yōu)榫匦尾▽У?特殊情況。圖中是各損耗的仿真結果：曲線1和曲線2是波導的水平壁和豎直壁中的損耗； 曲線4是HTS層中的損耗；曲線5是電介質板中的損耗；W及曲線3是接觸區(qū)域中的損耗， 假定金屬層的厚度為0. 05mm且電導率0e= 1. 0x10 5S/m。該些濾波器的各部分的相對損 耗也在圖中列出，并且對于每一種幾何形狀，即對于每一個特定的溝槽深度，取100%作為 總損耗。同時，計算了輸入功率為1W時濾波器在每一種幾何形狀下的總損耗值（曲線6)。
[0052] 從圖中可W看出，當矩形槽的深度增加時，損耗開始迅速減小，當矩形槽的深度增 加到一定值時（如d> 0. 5mm的情況），損耗趨于一個恒定值。該是由于接觸區(qū)域中較低的 插入損耗造成的。對于d> 0. 5mm，接觸區(qū)域的損耗可與其他部件中的損耗相當。
[0053] 對于中也頻率已經(jīng)確定的帶通濾波器，矩形槽5的最優(yōu)尺寸與電介質板2的厚度 W及HTS層3的電物理特性相關。如前文所述，矩形槽5的最優(yōu)值中，深度槽的深度d滿足d <A/4,其中入是帶通濾波器的工作帶寬的中也頻率對應波長，寬度W滿足t<w<a/2， 其中t為電介質板和HTS薄膜的總厚度。
[0054] 除了在交叉波導的情況下減少接觸區(qū)域中的損耗，還有另外的方法來降低損耗， 即采用小表面電阻的高溫超導材料或選用較高的等效電導率的高溫超導材料。例如，在厘 米波或更高波段時，高溫超導材料的等效電導率〇hts大于1.0X10i2s/m。引入HTS插片導 致波導內的電磁場更多地集中到高溫超導材料上，從而降低了波導中的其他部分中的場強 度，此時，HTS插片相當于一條開路傳輸線。該段傳輸線類似一段屏蔽槽線。隨著窗口高度 的減小，電磁場更加集中到HTS插片的諧振器中。顯然，HTS薄膜的電導率越高，介質襯底 的損耗越小，那么由HTS插片引起的電磁損耗也就越小。該一點可W在另外改變窗口的高 度h得到的結果中體現(xiàn)。
[00巧]最后，分析一下影響該帶通濾波器指標的參數(shù)。帶通濾波器內的插入損耗與 濾波器的諧振器的本征Q因子Q。和外部Q因子Qcx之間的關系有關。對于兩個相互 禪合的諧振器，滿足如下等式（參見J.L.Matthae,L.化ung,E.M.T.Jones,Microwave Filters,Impedance-MatchingNetworks,andCouplingStructures-McGraw-Hi11 Co.，1968):
[0056]
【主權項】
1. 一種帶通濾波器，包括： 主體； 限定在主體中的矩形波導，所述矩形波導具有aXb的橫截面，其中，矩形波導的寬邊 壁的長度為a，矩形波導的窄邊壁的長度為b，每一個寬邊壁的中心部分設置有固定凹槽； 和 電介質插片，所述電介質插片的兩個端部分別置于所述固定凹槽中且所述電介質插片 大致沿所述寬邊壁的中垂面對稱布置，所述電介質插片具有電介質板和設置在電介質板側 面的高溫超導薄膜，高溫超導薄膜設置有成一列布置的多個等高矩形窗口， 其中： 每一個寬邊壁上設置有一個矩形槽，固定凹槽形成在所述矩形槽中，矩形槽關于所述 中垂面對稱布置，矩形槽的長度與矩形波導的長度相同、寬度w小于a且大于電介質板與高 溫超導薄膜的總厚度t。
2. 根據(jù)權利要求1所述的帶通濾波器，其中： 矩形槽的深度d滿足d< A/4,其中A是帶通濾波器的工作帶寬的中心頻率對應波 長。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的帶通濾波器，其中： 所述矩形槽的寬度w滿足t < w < a/2。
4. 根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的帶通濾波器，其中： 所述電介質板的兩側均設置有所述高溫超導薄膜。
5. 根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的帶通濾波器，其中： 所述主體由兩個半體形成，所述兩個半體關于所述中垂面對稱布置，且所述電介質插 片的兩個端部被所述兩個半體夾持。
6. 根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的帶通濾波器，其中： 窗口的高度h滿足b/2 < h < b。
7. 根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的帶通濾波器，其中： 所述電介質插片置于固定凹槽中的端部的外表面與固定凹槽的內壁表面之間設置有 導熱層，所述導熱層可變形以吸收電介質板的變形。
8. 根據(jù)權利要求7所述的帶通濾波器，其中： 所述導熱層為銦箔。
【專利摘要】一種帶通濾波器，包括：主體；限定在主體中的矩形波導，矩形波導具有a×b的橫截面，每一個寬邊壁的中心部分設置有固定凹槽；和電介質插片，電介質插片的兩個端部分別置于固定凹槽中且電介質插片大致沿寬邊壁的中垂面對稱布置，電介質插片具有電介質板和設置在電介質板側面的高溫超導薄膜，高溫超導薄膜設置有成一列布置的多個等高矩形窗口，其中：每一個寬邊壁上設置有一個矩形槽，固定凹槽形成在矩形槽中，矩形槽關于所述中垂面對稱布置，矩形槽的長度與矩形波導的長度相同，寬度w滿足t＜w＜a/2，t為電介質板與高溫超導薄膜的總厚度，深度d滿足d＜λ/4，其中λ是帶通濾波器的工作帶寬的中心頻率對應波長。
【IPC分類】H01P1-20
【公開號】CN104752793
【申請?zhí)枴緾N201410828970
【發(fā)明人】孫亮, 王旭, 王佳, 吳云, 何豫生, 黎紅, 黃江鳴, 羅勝, 斯克利薩諾夫·瓦萊里, 巴若尼克·亞力山大, 格拉瑪斯丁·沃羅迪曼, 澤羅特拉夫·沃羅迪曼, 那塔羅夫·米亞羅, 切帕克·尼古拉, 舒比尼·亞力山大
【申請人】中國科學院物理研究所, 北京華戎天創(chuàng)超導科技發(fā)展有限公司, 北京科技大學, 烏克蘭科學院無線電物理電子學研究所
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年12月26日
【公告號】US20150188208