UHF频段高温超导滤波器研究

发布时间：2020-05-05 11:19

【摘要】：随着移动通讯技术的快速发展,微波系统对于滤波器的要求也越来越高。普通滤波器一般采用具有一定电阻率的银、铜等金属制作而成,因此具有品质因数低,带内损耗大等劣势,其性能越来越难以满足使用需求。而高温超导滤波器由微波电阻极低的超导薄膜制成,具有插入损耗低、频率选择性高等优势,受到了人们的广泛关注。本文主要是针对应用于雷达接收机的特高频频段(Ultra High Frequency,UHF)超导滤波器及其系统进行设计研究,该频段位于微波频段的低频区,电视、广播等信号都集中在该频段,电磁环境非常恶劣,因此开展相关的研究是很有意义和必要的。本文完成的具体内容和研究成果如下:(1)详细阐述了耦合滤波器的基本理论和广义切比雪夫型滤波器耦合矩阵的综合方法,根据上述理论和方法总结了三种超导滤波器的设计方法。(2)提出了一种适用于弱耦合的交叉指型的谐振器,该谐振器不仅结构紧凑,还可以有效推高寄生通带。利用该谐振器成功在2英寸超导薄膜上研制出了一款应用于UHF频段雷达接收机前端的15阶窄带超导滤波器,并进行了测试。测试结果表明,该滤波器具有优异的频率选择性,带边陡度约为85 dB/MHz,宽频域的带外抑制超过了 85 dB且寄生通带被推高至3.3倍基频处。(3)采用一种适合强耦合的新型谐振器和一种新颖的交叉耦合结构成功的在2英寸超导薄膜上研制出了一款应用于UHF频段雷达接收机的宽带超导滤波器,并进行了测试。测试结果表明,该滤波器相对带宽高达22.83%,且同时具有高矩形系数和平坦的群时延波动,矩形系数(BW40dB/BW1dB)为1.246,通带内群时延波动小于35 ns。(4)提出了一种适用于相控阵雷达的新型超导滤波器集成方案,并根据相控阵雷达的结构,对集成系统进行了计算和设计。该系统可以有效减小微波接收机中超导滤波器系统的体积和重量,具有易维护,稳定性高,易集成等优点。(5)基于新型的超导滤波器集成系统,采用多种谐振器和交叉耦合结构,完成了应用于相控阵雷达接收机的宽带预选滤波器和窄带滤波器组的设计,设计结果均优于系统要求。
【图文】：

逡逑滤波器的实物图和频率响应测试曲线如图１．２所示。此外日本的Ｈａｔｔｏｒｉ等人［２９］，逡逑中国的Ｌｉｕ等人【３（＞】和Ｚｈａｎｇ等人【３１］都曾成功研制出应用于移动通讯的２０阶以上逡逑的超导滤波器。逡逑Ｈ翻丨１逡逑１９００逦１９２０逦１？０逦１９＊０逡逑Ｆｉｃｑａｅｎｃｙ邋｜ＭＨｚ］逡逑图１．２邋Ｔｓｕｚｕｋｉ等人研制的３２阶超导滤波器的实物图和频率响应测试曲线Ｉ＃逡逑随着滤波器设计理论的发展，除了直接提高超导滤波器的阶数以外，还可以逡逑通过引入交叉耦合实现实频率传输零点来提高带边陡度，超导滤波器的平面结构逡逑也比较适合引入各种交叉耦合。对于交叉耦合研宄较早的是英国的Ｊ．邋Ｓ．ＨｏｎｇｆＭ，逡逑此后越来越多的学者采用这种方法【３３＿３７１。其中典型的代表是日本的Ｔｓｕｚｕｋｉ等人逡逑曾报道的含５对传输零点的２２阶超导滤波器［２１】，其频率响应曲线如图１．３所示，逡逑其带边陡度高达３０邋ｄＢ／１００邋ｋＨｚ，距离边带３５０邋ｋＨｚ处的抑制己经超过了邋９０邋ｄＢ。逡逑根据理论计算，该滤波器的带边陡度甚至超过了邋５０阶传统切比雪夫型滤波器，逡逑是带边陡度最高的超导滤波器。中国的Ｌｉ等人【３８】报道了一款应用于第三代无线逡逑通讯的１２阶超导滤波器

逡逑滤波器的实物图和频率响应测试曲线如图１．２所示。此外日本的Ｈａｔｔｏｒｉ等人［２９］，逡逑中国的Ｌｉｕ等人【３（＞】和Ｚｈａｎｇ等人【３１］都曾成功研制出应用于移动通讯的２０阶以上逡逑的超导滤波器。逡逑Ｈ翻丨１逡逑１９００逦１９２０逦１？０逦１９＊０逡逑Ｆｉｃｑａｅｎｃｙ邋｜ＭＨｚ］逡逑图１．２邋Ｔｓｕｚｕｋｉ等人研制的３２阶超导滤波器的实物图和频率响应测试曲线Ｉ＃逡逑随着滤波器设计理论的发展，除了直接提高超导滤波器的阶数以外，还可以逡逑通过引入交叉耦合实现实频率传输零点来提高带边陡度，超导滤波器的平面结构逡逑也比较适合引入各种交叉耦合。对于交叉耦合研宄较早的是英国的Ｊ．邋Ｓ．ＨｏｎｇｆＭ，逡逑此后越来越多的学者采用这种方法【３３＿３７１。其中典型的代表是日本的Ｔｓｕｚｕｋｉ等人逡逑曾报道的含５对传输零点的２２阶超导滤波器［２１】，其频率响应曲线如图１．３所示，逡逑其带边陡度高达３０邋ｄＢ／１００邋ｋＨｚ，距离边带３５０邋ｋＨｚ处的抑制己经超过了邋９０邋ｄＢ。逡逑根据理论计算，，该滤波器的带边陡度甚至超过了邋５０阶传统切比雪夫型滤波器，逡逑是带边陡度最高的超导滤波器。中国的Ｌｉ等人【３８】报道了一款应用于第三代无线逡逑通讯的１２阶超导滤波器
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713

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本文编号：2650052