一种基于耦合线HRR结构的超导小型化90°宽带滤波移相器的制作方法

本发明涉及宽带滤波移相器，具体为一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器。

背景技术：

1、自从1986年高温超导材料被发现以来，由于其表面电阻在低温环境下几乎为0，具有极高的品质因数(q值)，能大大降低微带电路的导体损耗，改善通带内的插入损耗。但是高温超导材料产生超导特性的温度条件相较于之前使用的超导材料较高，极大降低了其运用到微波电路的制作中的难度，解决了之前超导材料超低温的工作条件，至今其超低损耗特性仍被广泛应用在微波电路中。

2、高性能宽带移相器是现代通信系统中不可或缺的器件，诸多射频微波设备或者器件都有相移的要求，如宽带相控阵、butler/nolen矩阵、相位调制器、微波仪器和测量系统等。随着射频移动通信系统的复杂度不断提高，通信系统的集成度需求也在不断增加，高集成度、小型化成为射频微波器件的主要发展趋势，为了应对这种高集成度，小型化的系统发展趋势与挑战，对移相器也提出了低插入损耗、宽带和小型化等性能要求，如相位调制通信系统、相控阵雷达、高灵敏度射电望远镜等。特别是高灵敏度射电望远镜，它需要在低频段拥有很宽的频率带宽，同时需要极低的插入损耗来控制系统噪声在一个较低的水平，以便探测宇宙空间中发射的微弱信号。传统微带宽带移相器需要使用长边耦合，若要实现较宽的带宽，耦合线之间的距离非常窄，而传统的微带线工艺无法达到如此的精度；因此研究人员进一步采用宽边上下耦合微带线来产生需求的耦合强度，但是这种方式需要采用多层结构，一定程度上增加了器件结构的复杂度，也不利于超导材料电路的制备。因此若要实现小型化、高温超导低插损的宽带移相器仍需采用单层微带线电路结构，对电路设计增加了一定的难度。现有的宽带移相器电路尺寸一般较大，并且有些电路为了缩小尺寸采用双层板的结构，增加了工艺制造难度和电路复杂度，且不适合超导电路的制作。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，包括主传输线与参考线；所述主传输线包括输入微带线、输出微带线、hrr结构短路加载枝节、hrr结构下半圆环高阻抗线、hrr结构上半圆环耦合线、接地贴片，所述hrr结构上半圆环耦合线的两端与hrr结构下半圆环高阻抗线两端相连接，构成耦合线hrr的圆环结构，所述hrr结构短路加载枝节、hrr结构下半圆环高阻抗线与hrr结构上半圆环耦合线构成耦合线hrr结构，两条所述hrr结构短路加载枝节设置在hrr结构下半圆环高阻抗线的两侧，两条所述hrr结构短路加载枝节的一端短路接地，所述hrr结构上半圆环耦合线设置在hrr结构下半圆环高阻抗线的上侧；所述参考线为50ω微带线。

3、可选的，所述主传输线的输入微带线与输出微带线采用长为3mm，特征阻抗为50ω的微带线。

4、可选的，所述耦合线hrr结构采用弯折微带线形式，缩小整体器件尺寸。

5、可选的，所述耦合线hrr结构的两条hrr结构短路加载枝节、hrr结构下半圆环高阻抗线、hrr结构上半圆环耦合线的等效电长度θ1、θ2、θc均设置为中心频率处的四分之一波长；通过传输线理论，可求得耦合线加载hrr结构的传输abcd矩阵，根据下列公式求出主传输线耦合线加载hrr结构的s11、s21参数和主传输线相位ang(s21)：

6、

7、

8、

9、其中，a、b、c、d为耦合线加载hrr结构的传输矩阵中的四项，zl、z0分别表示输入与输出处的负载阻抗，即都为50ω。

10、可选的，所述主传输线在中心频点处的阻抗应匹配，且主传输线的相移斜率应与参考线的相移斜率相等，即s11和s21应满足下列关系式：

11、|s11|＝0(4)

12、δφ＝360°-(θr-ang(s21))(5)

13、

14、其中，δφ表示移相器产生的相差，规定为90°；θr表示所述参考线的电长度。

15、可选的，联立所述关系式4、5与6即可求出hrr结构短路加载枝节、hrr结构下半圆环高阻抗线、hrr结构上半圆环耦合线的特征阻抗z1、z2、zc，所述参考线的等效电长度θr以及hrr结构上半圆环耦合线的耦合系数k，求解得到的各组解并不唯一，可根据具体设计出来的宽带移相器性能选择最优解。

16、可选的，所述参考线采用弯折微带线形式，其特征阻抗和电长度分别为zr，θr；所述参考线的特征阻抗zr为50ω；所述参考线最终长度应增加6mm，以弥补主传输线的输入输出微带线带来的相移。

17、本发明提供了一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，具备以下有益效果：

18、1、该基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，通过采用了弯折耦合线加载hrr结构相比现有的宽带移相器电路而言具有更小的电路尺寸，通过利用耦合线hrr结构的多模谐振特性形成较宽的阻抗带宽，并且能够同时实现较宽的移相带宽。

19、2、该基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，通过将hrr结构的上半圆环替换成耦合线结构，耦合线结构与下半圆环高阻抗线形成两条传输路径构成一对带外零点，增加带外抑制度，使移相器具备滤波特性，通过采用单层微带线结构，从而适用于超导电路的制备。

技术特征：

1.一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，其特征在于：包括主传输线和参考线(4)；所述主传输线包括hrr结构短路加载枝节(1)、hrr结构下半圆环高阻抗线(2)、hrr结构上半圆环耦合线(3)、输入微带线(5)、输出微带线(6)与接地贴片(7)，所述hrr结构上半圆环耦合线(3)的两端与hrr结构下半圆环高阻抗线(2)两端相连接，构成耦合线hrr的圆环结构，所述hrr结构短路加载枝节(1)、hrr结构下半圆环高阻抗线(2)与hrr结构上半圆环耦合线(3)构成耦合线hrr结构，两条所述hrr结构短路加载枝节(1)设置在hrr结构下半圆环高阻抗线(2)的两侧，两条所述hrr结构短路加载枝节(1)的一端短路接地，所述hrr结构上半圆环耦合线(3)设置在hrr结构下半圆环高阻抗线(2)的上侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，其特征在于：所述参考线(4)采用弯折微带线形式，其特征阻抗和电长度分别为zr，θr；所述参考线(4)的特征阻抗zr为50ω。

3.根据权利要求1所述的一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，其特征在于：所述主传输线的输入微带线(5)与输出微带线(6)采用长为3mm，特征阻抗为50ω的微带线。

4.根据权利要求1所述的一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，其特征在于：所述耦合线hrr结构采用弯折微带线形式，缩小整体器件尺寸。

5.根据权利要求1所述的一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，其特征在于：所述耦合线hrr结构的两条hrr结构短路加载枝节(1)、hrr结构下半圆环高阻抗线(2)、hrr结构上半圆环耦合线(3)的等效电长度θ1、θ2、θc均设置为中心频率处的四分之一波长；通过传输线理论，可求得主传输线耦合线hrr结构的传输abcd矩阵，根据下列公式求出主传输线耦合线hrr结构的s11、s21参数和主传输线相位ang(s21)：

6.根据权利要求1所述的一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，其特征在于：所述主传输线在中心频点处的阻抗应匹配，且主传输线的相移斜率应与参考线(4)的相移斜率相等，即s11和s21应满足下列关系式：

7.根据权利要求1所述的一种基于耦合线hrr结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，其特征在于：联立所述关系式4、5与6即可求出hrr结构短路加载枝节(1)、hrr结构下半圆环高阻抗线(2)、hrr结构上半圆环耦合线(3)的特征阻抗z1、z2、zc，所述参考线(4)的等效电长度θr以及hrr结构上半圆环耦合线(3)的耦合系数k，所述参考线最终长度应增加6mm，以弥补主传输线的输入输出微带线带来的相移，求解得到的各组解并不唯一，可根据具体设计出来的宽带移相器性能选择最优解。

技术总结
本发明公开了一种基于耦合线HRR结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，涉及宽带滤波移相器技术领域，包括主传输线与参考线，主传输线包括输入微带线、输出微带线、HRR结构短路加载枝节、HRR结构下半圆环高阻抗线、HRR结构上半圆环耦合线、接地贴片，参考线为50Ω微带线；所述HRR结构短路加载枝节、HRR结构下半圆环高阻抗线与HRR结构上半圆环耦合线构成耦合线HRR结构，该基于耦合线HRR结构的超导小型化90°宽带滤波移相器，采用了弯折耦合线HRR结构相比现有的宽带移相器电路而言具有更小的电路尺寸，利用耦合线HRR结构的多模谐振特性形成较宽的阻抗带宽，并且能够同时实现较宽的移相带宽。

技术研发人员：王思栋,宋泽人,徐玉莲,刘子瑜
受保护的技术使用者：王思栋
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12