极端参数高温超导滤波器的设计研制

发布时间：2020-08-17 18:07

【摘要】：本文主要介绍了作者在极端参数的高温超导滤波器设计与研制方面的工作,主要涉及了超高频,极低频,超宽带和极窄带滤波器的设计与测试。本文首先用作者设计的第一款滤波器具体介绍了高温超导滤波器的设计步骤并指出了在高温超导微带线滤波器设计过程中的难点。之后,作者系统的介绍了在研究生期间设计的两款极窄带滤波器。在第一款UHF频段滤波器的设计过程中,作者为了在有限的空间内减小谐振器之间的耦合,并最终获得更好的微波特性,提出了U型结构降低谐振器之间的耦合,最终在一块43*16 mm~2的高温超导薄膜上实现了十阶准椭圆函数及窄带滤波器的设计,滤波器相对带宽0.068%。进一步,作者尝试在较低频段进行极窄带滤波器的研发,以拓宽高温超导滤波器的应用环境,作者通过调整滤波器的排列方式,将滤波器中的八个谐振器分成两层摆放在了一整块38*38 mm~2的高温超导薄膜上,并通过控制上下层谐振器的耦合在滤波器带边引入了一对传输零点,将带外抑制压制在50 dB以下,同时得到了0.039%的相对带宽。在完成极窄带滤波器的设计之后,我们将目光转向了宽带滤波器的设计研发上。在这一领域,我们设计了两款应用在极端频率的宽带滤波器,一款应用在X波段,相对带宽40%,在这款滤波器中,我们为了保证其外部品质因子,将输入输出微带线与滤波器的第一谐振器直接相连,并通过其相对位置保证了其外部品质因子的匹配;第二款滤波器应用在VHF频段,在这款滤波器中,我们使用了四分之一波长谐振器结构,并通过在滤波器中加入大块微带结构作为模拟接地电容结构,取得了很好的结果。这款滤波器的相对带宽达到了42.8%。在进行宽带滤波器设计过程中,我们发现,对于较低频率的宽带高温超导滤波器的实现上,有两个问题很难跨越,第一是尺寸问题,第二是耦合强度问题。为了解决这两个问题,作者设计了一款使用高低通级联的超宽带滤波系统,其相对带宽超过108%。除去极端带宽的滤波器,作者还设计了一款应用在Ku波段的极高频滤波器,为高温超导滤波器能够适用于越来越高的民用无线通讯频率做出了尝试。在文章的最后,作者介绍了在研究生早期进行的钙钛矿太阳能电池方向的工作。主要是使用喷雾大面积工艺进行钙钛矿制备的工作。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713
【图文】：

微波表面电阻,高温超导薄膜,频率特性,滤波器

使用的微波滤波器主要有三种结构，一种是使用特定频率的波滤波器[39],[40]，第二种是采用平面传输线结构构成带状线和三种是采用介质谐振器形成的滤波器[41],[42]，这三种滤波器各自的应用领域。其中，波导滤波器和介质滤波器虽然有着较低的优点，但是因为谐振器体积较大的原因，并不适合做到很高得到很高的矩形系数，通带旁边的过渡带较宽，造成频率资源线通信的不断发展，频率资源日益紧张，对频率选择性能更好多的需求。微带线滤波器相对于其他类型滤波器，具有加工简量轻等优点[43]-[50]，因此，相对于其他种类的滤波器，微带更高的阶数，从而提高矩形系数，减少频率资源浪费。但是，器一般使用金属材料作为导体材料，微波损耗较大，使得微带数较低，从而导致滤波器的插入损耗过大，对信号功率有较强了滤波器的整体性能。而高温超导材料恰好可以解决这一困难

滤波器图,滤波器图

(a),(c),(e)为滤波器图样;(b),(d),(f)为测试结果

高温超导,分布图,薄膜,超导薄膜

第2 章理论基础max(0)LjJ I (2.15微波表面电流密度还和射频磁场的切向分量rfH 有关，当两者使用相同的单位表示时（A/m），有如下的关系：rfj H(2.16本论文中制作微波器件所使用的高温超导薄膜的临界电流密度基本在 102A /cm 以上。并且在使用前会对同一块超导薄膜表面进行多点测量检查临界电流密度分布情况，如图 2.1 给出了一块 2 英寸超导薄膜的双面cJ分布图。

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