一种超导特性空间可调滤波结构

本发明涉及微波，特别是涉及一种超导特性空间可调滤波结构。

背景技术：

1、频率选择表面(fss)等空间滤波结构是由介质基板上规则周期排列的金属单元谐振组件或开孔缝隙单元构成，单元的形状、排布方式以及介质的电性能等都会影响其特性。

2、空间滤波结构常用在飞行器隐身、电磁兼容及电磁屏蔽领域，其主要原理是将所需频段设计在通带上，将易产生电磁干扰的频段设计为阻带，从而利于信号的发射和接收以及设备的正常工作。理想的滤波结构在通带具有较低的损耗，在通带外侧具有快速滚落进入阻带的特性，且阻带透过率越低越好。

3、相对于一般的金属滤波器，高温超导滤波器具有带内插损小、带外抑制好等优点，超导材料以其极低的表面电阻特性，在无源微波器件、高速传输线、超导计算机、医疗仪器、卫星通信等领域有着广泛的应用前景。以钇钡铜氧(ybco)为代表的高温超导体，其转变温度约92k，可以工作在液氮温区，大大降低了制冷成本，因而用高温超导材料制备的器件具有优越的性能和应用价值。同时，超导材料存在临界温度和临界电流密度，随着温度和外载电流的变化，其电阻率也会随之变化，当温度高于转变温度时或外载电流超过临界电流值时，超导材料将失去超导特性。

4、空间滤波结构在航空航天领域具有深远的影响，传统的滤波结构一旦设计完成，相应的性能就无法改变，谐振点不可调谐，因而存在一定的缺陷。尤其是在武器系统中，一旦其通带和阻带被探知，就失去了对飞行器的保护意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超导特性空间可调滤波结构，以解决上述现有技术存在的问题，基于空间滤波结构特性和超导材料的失超特点，采用超导材料作为谐振组件，以实现滤波特性的调谐。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种超导特性空间可调滤波结构，包括两层相对设置的第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板和所述第二介质基板相对的两个侧面上分别设置超导材质的第一层谐振组件和第二层谐振组件；所述第一层谐振组件包括多个呈矩阵排列的第一谐振单元，所述第一谐振单元包括方环组和对称设置在所述方环组两侧并围绕所述方环组设置的两个弯折结构，所述方环组包括两个间隔设置的方环，各所述弯折结构的外侧各连接一个连接线结构，内侧的两个自由端分别连接两个所述方环；同一行的相邻两个所述第一谐振单元之间通过两者之间的所述连接线结构进行连接；各行位于同一端部的各所述第一谐振单元其外侧的所述连接线结构相互连接；所述第二层谐振组件包括多个呈矩阵排列的第二谐振单元，各所述第二谐振单元分别与各所述第一谐振单元一一对应，所述第二谐振单元包括一个十字结构；同一行的相邻两个所述第二谐振单元之间通过所述十字结构的横边进行连接；各行位于同一端部的各所述第二谐振单元的所述十字结构的横边的外侧一端相互连接。

4、优选地，所述第一介质基板的侧面上设置有与所述第一层谐振组件相匹配的第一凹槽，所述第一层谐振组件设置于所述第一凹槽内；所述第二介质基板的侧面上设置有与所述第二层谐振组件相匹配的第二凹槽，所述第二层谐振组件设置于所述第二凹槽内。

5、优选地，所述方环为长方形方环，所述弯折结构为匚形弯折结构，所述弯折结构的竖边平行于所述方环的竖边，所述弯折结构的横边平行于所述方环的横边，所述弯折结构与所述方环的横边之间的间距与竖边之间的间距相等；各所述弯折结构的竖边外侧连接与所述方环的横边平行的所述连接线结构，各所述弯折结构的内侧的两个自由端分别通过两个竖连接线连接两个所述方环，所述竖连接线平行于所述方环竖边。

6、优选地，所述十字结构关于其横轴对称同时关于其竖轴对称设置，所述十字结构的竖边平行于所述方环的竖边，所述十字结构的横边平行于所述方环的横边。

7、优选地，所述第一介质基板和所述第二介质基板之间均匀填充有液氮，所述第一层谐振组件和所述第二层谐振组件表面与所述液氮接触。

8、优选地，所述长方形方环的长边外边长为6.5mm，短边外边长为2.75mm；所述弯折结构的横边外边长为3.75mm，竖边外边长为8.5mm；所述第一谐振单元中的两所述弯折结构之间的最小间距为1mm；所述连接线结构的长度为0.75mm；所述方环和所述弯折结构中的各边的宽度以及所述连接线结构和所述竖连接线的宽度均为0.5mm。

9、优选地，所述十字结构的横边长10mm，宽1mm，竖边长7.5mm，宽0.5mm。

10、优选地，所述第一介质基板和所述第二介质基板均为mgo基板，所述第一介质基板和所述第二介质基板的厚度均为1mm；所述第一层谐振组件与所述第二层谐振组件的厚度以及所述第一凹槽和所述第二凹槽的深度均为0.2mm；所述第一介质基板和所述第二介质基板间距为3mm。

11、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

12、本发明提供一种超导特性空间可调滤波结构，在第一介质基板和第二介质基板上分别设置超导材质的第一层谐振组件和第二层谐振组件，将该结构置于低温环境中使超导材质的第一层谐振组件和第二层谐振组件产生超导特性，两个谐振组件构成两个完整的闭合回路，通过独立调控两回路的外载电流强度控制超导和失超状态，通过电流强度影响失超状态下超导材料的电阻率，进而实现空间滤波结构的谐振频率调谐。

技术特征：

1.一种超导特性空间可调滤波结构，其特征在于：包括两层相对设置的第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板和所述第二介质基板相对的两个侧面上分别设置超导材质的第一层谐振组件和第二层谐振组件；所述第一层谐振组件包括多个呈矩阵排列的第一谐振单元，所述第一谐振单元包括方环组和对称设置在所述方环组两侧并围绕所述方环组设置的两个弯折结构，所述方环组包括两个间隔设置的方环，各所述弯折结构的外侧各连接一个连接线结构，内侧的两个自由端分别连接两个所述方环；同一行的相邻两个所述第一谐振单元之间通过两者之间的所述连接线结构进行连接；各行位于同一端部的各所述第一谐振单元其外侧的所述连接线结构相互连接；所述第二层谐振组件包括多个呈矩阵排列的第二谐振单元，各所述第二谐振单元分别与各所述第一谐振单元一一对应，所述第二谐振单元包括一个十字结构；同一行的相邻两个所述第二谐振单元之间通过所述十字结构的横边进行连接；各行位于同一端部的各所述第二谐振单元的所述十字结构的横边的外侧一端相互连接。

2.根据权利要求1所述的超导特性空间可调滤波结构，其特征在于：所述第一介质基板的侧面上设置有与所述第一层谐振组件相匹配的第一凹槽，所述第一层谐振组件设置于所述第一凹槽内；所述第二介质基板的侧面上设置有与所述第二层谐振组件相匹配的第二凹槽，所述第二层谐振组件设置于所述第二凹槽内。

3.根据权利要求1所述的超导特性空间可调滤波结构，其特征在于：所述方环为长方形方环，所述弯折结构为匚形弯折结构，所述弯折结构的竖边平行于所述方环的竖边，所述弯折结构的横边平行于所述方环的横边，所述弯折结构与所述方环的横边之间的间距与竖边之间的间距相等；各所述弯折结构的竖边外侧连接与所述方环的横边平行的所述连接线结构，各所述弯折结构的内侧的两个自由端分别通过两个竖连接线连接两个所述方环，所述竖连接线平行于所述方环竖边。

4.根据权利要求1所述的超导特性空间可调滤波结构，其特征在于：所述十字结构关于其横轴对称同时关于其竖轴对称设置，所述十字结构的竖边平行于所述方环的竖边，所述十字结构的横边平行于所述方环的横边。

5.根据权利要求1所述的超导特性空间可调滤波结构，其特征在于：所述第一介质基板和所述第二介质基板之间均匀填充有液氮，所述第一层谐振组件和所述第二层谐振组件表面与所述液氮接触。

6.根据权利要求3所述的超导特性空间可调滤波结构，其特征在于：所述长方形方环的长边外边长为6.5mm，短边外边长为2.75mm；所述弯折结构的横边外边长为3.75mm，竖边外边长为8.5mm；所述第一谐振单元中的两所述弯折结构之间的最小间距为1mm；所述连接线结构的长度为0.75mm；所述方环和所述弯折结构中的各边的宽度以及所述连接线结构和所述竖连接线的宽度均为0.5mm。

7.根据权利要求4所述的超导特性空间可调滤波结构，其特征在于：所述十字结构的横边长10mm，宽1mm，竖边长7.5mm，宽0.5mm。

8.根据权利要求2所述的超导特性空间可调滤波结构，其特征在于：所述第一介质基板和所述第二介质基板均为mgo基板，所述第一介质基板和所述第二介质基板的厚度均为1mm；所述第一层谐振组件与所述第二层谐振组件的厚度以及所述第一凹槽和所述第二凹槽的深度均为0.2mm；所述第一介质基板和所述第二介质基板间距为3mm。

技术总结
本发明公开了一种超导特性空间可调滤波结构，涉及微波技术领域，包括两层相对设置的第一介质基板和第二介质基板，第一介质基板和第二介质基板上分别设置超导材质的第一层谐振组件和第二层谐振组件；第一层谐振组件包括呈矩阵排列的第一谐振单元，第一谐振单元包括方环组和对称设置在方环组两侧并围绕方环组设置的两个弯折结构，各弯折结构的外侧各连接一个连接线结构；第二层谐振组件包括呈矩阵排列的第二谐振单元，各第二谐振单元分别与各第一谐振单元一一对应，第二谐振单元包括一个十字结构。本发明基于空间滤波结构特性和超导材料的失超特点，采用超导材料作为谐振组件，通过调整外载电流强度控制超导材料电导率变化以实现滤波特性的调谐。

技术研发人员：姬金祖,张嘉益,黄沛霖
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13