PDF《183 MHz 高性能高温超导滤波器设计》

第4卷第1期2009 年1月75

183 MHz 高性能高温超导滤波器设计 郭旭波

1 ,魏斌2,张晓平

2 ,曹必松

2 (1.

清华大学电子工程系,北京 100084;

2. 清华大学物理系,北京 100084) 摘要:为了获得结构紧凑的高性能超导滤波器,采用了微带线线宽和线条间距均为

80 ?m的螺旋形谐振器结 构进行设计,并在

2 英寸的基片上实现了中心频率仅为

183 MHz的8节滤波器.通过精确设计并采用高精度 加工工艺,滤波器无需调谐即表现出良好性能,插损小于 0.27 dB,反射损耗大于 13.8 dB.将实际制作的超导 滤波器与低温低噪声放大器相连构成的超导滤波器系统,反射损耗大于 15.8 dB,带内增益为 20.7 dB,增益平 坦度小于 0.15 dB,满足应用要求. 关键词:微波技术;

高温超导;

滤波器;

微带线 中图分类号:TN713 文献标识码:A 文章编号:1673-7180(2009)01-0075-4 Design of high performance hts filter at

183 MHz GUO Xubo1 ,WEI Bin2 ,ZHANG Xiaoping2 ,CAO Bisong2 (1. Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;

2. Department of Physics, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: A compact eight-pole high temperature superconducting (HTS) filter with a

2 MHz bandwidth at

183 MHz is developed on a 2-inch MgO substrate. The measured response of the filter shows a high performance without any tuning. We use a compact half-wavelength spiral resonator in the design process. The linewidth of the resonator is

80 ?m, and the gap between tracks is

80 ?m. The fabrication process was carefully carried out, and the untuned measured results of the filter show a high performance. The passband insertion loss is less than 0.27 dB, and the return loss is better than 13.8 dB. The measurement of the untuned HTS filter connected with a low noise amplifier (LNA) shows an excellent performance with return loss better than 15.8 dB and power gain 20.7 ± 0.08 dB. Key words: microwave technique;

high temperature superconducting;

filter;

microstrip

0 引言高温超导薄膜的微波表面电阻比普通金属低

2 个数量级以上,用超导材料可以制备出具有低插损、 高带边陡峭度和高带外抑制特性的滤波器[1-2] .应用 于移动通信系统的现场试验表明,高温超导滤波器 可有效提高系统灵敏度,降低带外干扰,改善通信 系统性能[3-4] .然而,目前研制的移动通信用超导滤 波器的频率均集中在

800 MHz~2 GHz [1-2,5-7] , 在设计 频率更低的超导滤波器时将遇到极大困难,主要表 现在:1) 频率越低,超导滤波器的尺寸越大,而滤 波器的尺寸受到超导薄膜直径的限制,目前常用的 基金项目:国家自然科学基金项目(60871004);

高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(200800030064) 作者简介:郭旭波(1981- ),男,博士后, [email protected] 中国科技论文在线 Sciencepaper Online 第4卷第1期2009 年1月76 中国科技论文在线 Sciencepaper Online 超导薄膜直径一般为 2~3 英寸;

2) 在实际应用中, 超导滤波器通常安装在真空腔内,并通过制冷机使 滤波器保持在超导临界温度以下.因此,超导滤波 器的工作条件也决定了其尺寸受到制约. 本文采用一种结构紧凑的螺旋形微带线谐振器进 行滤波器设计,其线条宽度和线间距均取为

80 ?m,以 大幅减小滤波器尺寸.在不同 cell 尺寸下对滤波器 响应的仿真结果表明,该滤波器结构具有较高的仿 真准确性,对仿真软件的误差敏感度低.经过精心 制作的滤波器的测试结果表现出优异性能,其插损 仅为 0.27 dB.实际制作的未经调谐的滤波器与低温 低噪声放大器相连构成的系统带内增益为 20.7 dB, 无需调谐即可符合工程应用的指标要求.