本發(fā)明屬于超導(dǎo)元器件設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及高溫超導(dǎo)諧振元器件基于所述元器件的濾波器，特別涉及一種基于可變形可彎折高溫超導(dǎo)材料的微波腔體諧振器及濾波器。

背景技術(shù)：

高溫超導(dǎo)諧振器件因其良好的電路特性(如高Q值特性)被廣泛應(yīng)用于國(guó)防科技、航空航天以及衛(wèi)星通信等前沿領(lǐng)域，作為電路元件的基礎(chǔ)單元。

隨著通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各種通信標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)存在使得頻率資源越來越緊張，對(duì)于無線通信系統(tǒng)的前端接收設(shè)備的要求也越來越高。具體表現(xiàn)是高效的頻譜利用率問題，即對(duì)具有高選擇性、小體積、低成本、設(shè)計(jì)靈活的射頻濾波器有著迫切需求。高溫超導(dǎo)技術(shù)目前發(fā)展已經(jīng)較為成熟，利用高溫超導(dǎo)材料設(shè)計(jì)的濾波器具有插損小，帶邊陡峭，矩形系數(shù)高的特點(diǎn)，因此已在通信領(lǐng)域被廣泛使用。但是，目前普遍使用在微波波段的超導(dǎo)材料為基于單晶襯底的超導(dǎo)薄膜材料，此類材料具有幾乎不可變形、加工時(shí)容易破碎的不足，通常被用來制作平面型諧振器/濾波器。而作為微波諧振器領(lǐng)域另一常見的元器件-腔體諧振器/濾波器，卻難以通過此類基于單晶襯底的超導(dǎo)材料來實(shí)現(xiàn)。本申請(qǐng)人曾做過將基于單晶襯底的超導(dǎo)薄膜材料應(yīng)用到腔體諧振器/濾波器的嘗試，從電路性能參數(shù)來看，確實(shí)帶來了很大的突破，但是由于此類超導(dǎo)材料的易碎性，加工難度較大，制作的腔體濾波器由于易碎性的影響，可調(diào)整的參數(shù)也非常有限。。

可變形高溫超導(dǎo)材料(如可彎折的鎳基二代高溫超導(dǎo)帶材)在近年來技術(shù)取得了快速發(fā)展，目前已能夠在電力傳輸中被商業(yè)化使用，并可提高電流傳輸容量5至10倍，能耗降低三分之二。此類材料的特點(diǎn)是可隨意彎折，可加工性強(qiáng)。相對(duì)于電力傳輸?shù)牡皖l領(lǐng)域，將二代超導(dǎo)帶材應(yīng)用到射頻、微波及更高頻率領(lǐng)域仍然未見嘗試或報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的超導(dǎo)腔體濾波器加工制造難度大，調(diào)諧參數(shù)有限等不足，提出了一種利用可彎折高溫超導(dǎo)材料制作的微波腔體諧振器及其構(gòu)成的濾波器。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器，其特征在于，包括諧振器腔體，可變形高溫超導(dǎo)材料以完全覆蓋的方式貼附在所述諧振器腔體電路結(jié)構(gòu)表面并相互電連接以形成超導(dǎo)諧振腔。

優(yōu)選方案，所述可變形高溫超導(dǎo)材料之間以導(dǎo)電膠粘接和/或焊接的形式實(shí)現(xiàn)電連接。

優(yōu)選方案，所述可變形高溫超導(dǎo)材料為二代高溫超導(dǎo)帶材。

優(yōu)選方案，所述諧振器腔體為導(dǎo)體，所述可變形高溫超導(dǎo)材料通過導(dǎo)電膠粘接在諧振器腔體相應(yīng)表面。

優(yōu)選方案，諧振器腔體設(shè)置有調(diào)諧結(jié)構(gòu)部，用于向諧振器腔體內(nèi)部插入調(diào)諧結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選方案，所述調(diào)諧結(jié)構(gòu)部包括調(diào)諧桿和連接部，所述調(diào)諧桿可相對(duì)于諧振器腔體并指向腔體內(nèi)部做伸縮調(diào)節(jié)，所述連接部用于連接調(diào)諧桿的一端部和調(diào)諧桿對(duì)應(yīng)位置的可變形高溫超導(dǎo)材料，用于將調(diào)諧桿執(zhí)行調(diào)節(jié)時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力傳遞至可變形高溫超導(dǎo)材料，并引起所述可變形高溫超導(dǎo)材料的相應(yīng)形變。

優(yōu)選方案，諧振器腔體設(shè)置調(diào)諧結(jié)構(gòu)部的表面粘接可變形高溫超導(dǎo)材料時(shí)，導(dǎo)電膠涂覆于以調(diào)諧桿為中心的外邊緣，以使調(diào)諧桿周圍一定面域S內(nèi)無導(dǎo)電膠固定。

優(yōu)選方案，所述面域S的面積不小于諧振器設(shè)置調(diào)諧桿的內(nèi)表面面積S₁的1/2。

優(yōu)選方案，面域S和內(nèi)表面面積S₁滿足如下要求，0.5S₁≤S≤0.9S₁。

優(yōu)選方案，所述調(diào)諧結(jié)構(gòu)部包括凹槽，用于實(shí)現(xiàn)，所述調(diào)諧桿往腔體外部調(diào)節(jié)時(shí)，可通過連接部帶動(dòng)可變形高溫超導(dǎo)材料向腔外凸起，以增加腔體內(nèi)部空間體積。

優(yōu)選方案，腔體內(nèi)部空間體積通過調(diào)諧桿調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)的最大體積V₁、最小體積V₂和自由狀態(tài)體積V₀之間的關(guān)系滿足：V₂＝n₁V₀，V₁＝n₂V₀；其中，0.2≤n₁≤1，1≤n₂≤5。

優(yōu)選方案，0.2≤n₁≤0.5，2≤n₂≤5。

基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體濾波器，其特征在于，所述濾波器由上述腔體諧振器中的一種或多種耦合形成。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將可變形高溫超導(dǎo)材料引入現(xiàn)有的腔體濾波器/諧振器設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了腔體超導(dǎo)濾波器設(shè)計(jì)。同時(shí)，利用可變形高溫超導(dǎo)帶材易于加工及不易破碎的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了可以調(diào)整諧振腔內(nèi)部尺寸的調(diào)諧結(jié)構(gòu)和調(diào)諧方法，給腔體超導(dǎo)諧振器/濾波器提供了更豐富且更有效的調(diào)諧方式，降低了諧振器的設(shè)計(jì)難度，也降低了對(duì)諧振器加工的精度要求。設(shè)計(jì)電路時(shí)通過設(shè)置與目標(biāo)電路頻率的差值設(shè)計(jì)，同時(shí)解決了產(chǎn)品在調(diào)諧過后的使用穩(wěn)定性問題。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器實(shí)施例：圓柱形腔體諧振器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示圓柱形腔體諧振器的剖視圖；

圖3為本發(fā)明的基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器實(shí)施例：異形腔體諧振器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器實(shí)施例：同軸腔體諧振器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體諧振器實(shí)施例：帶調(diào)諧腔體諧振器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例是依據(jù)本發(fā)明的原理而設(shè)計(jì)，下面結(jié)合附圖和以下具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。

實(shí)施例1：如圖1及圖2所示，本實(shí)施例的可變形高溫超導(dǎo)材料微波腔體諧振器為常規(guī)腔體諧振器中的圓柱形腔體諧振器，包括諧振器腔體11，可變形高溫超導(dǎo)材料12以完全覆蓋的方式貼附在所述諧振器腔體電路結(jié)構(gòu)表面并相互電連接以形成超導(dǎo)諧振腔。

實(shí)施例2：如圖3所示，本實(shí)施例的可變形高溫超導(dǎo)材料微波腔體諧振器為異形腔體結(jié)構(gòu)的諧振器，包括諧振器腔體21，可變形高溫超導(dǎo)材料22以完全覆蓋的方式貼附在所述諧振器腔體電路結(jié)構(gòu)表面并相互電連接以形成超導(dǎo)諧振腔。其中，在諧振器腔體22的主體上具有異形結(jié)構(gòu)部23。異形結(jié)構(gòu)部的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)在傳統(tǒng)的腔體濾波器中得到驗(yàn)證，一方面可以根據(jù)安裝環(huán)境等客觀因素確定合適的異形結(jié)構(gòu)，增加實(shí)用性；另一方面，異形結(jié)構(gòu)也帶來了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的諧振方式和電路特性，具有重要價(jià)值。但是由于傳統(tǒng)超導(dǎo)工藝及材料的限制，異形結(jié)構(gòu)的諧振器難以在低成本的前提下引入超導(dǎo)電路。本實(shí)施例結(jié)合采用的可變形超導(dǎo)材料的獨(dú)特性能，將異形腔體諧振器與超導(dǎo)相結(jié)合，形成了異形腔體超導(dǎo)諧振器。

實(shí)施例3：如圖4所示，本實(shí)施例的可變形高溫超導(dǎo)材料微波腔體諧振器為常規(guī)腔體諧振器中的圓柱形同軸腔體諧振器，包括諧振器腔體31，可變形高溫超導(dǎo)材料32以完全覆蓋的方式貼附在所述諧振器腔體電路結(jié)構(gòu)表面并相互電連接以形成超導(dǎo)諧振腔。

在以上實(shí)施例中，由于高頻的微波具有趨膚效應(yīng)，當(dāng)電路通路中具有超導(dǎo)通路時(shí)，幾乎所有的電流會(huì)通過超導(dǎo)通路流過。因此，諧振器腔體主要用于提供超導(dǎo)材料形成電路時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電路尺寸，主要起到力學(xué)支撐及保護(hù)作用，同時(shí)還兼具包括提供調(diào)諧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在內(nèi)的其他作用。所述可變形高溫超導(dǎo)材料之間優(yōu)選以導(dǎo)電膠粘接和/或焊接的形式實(shí)現(xiàn)電連接。所述可變形高溫超導(dǎo)材料為可彎折加工的高溫超導(dǎo)材料，比如二代高溫超導(dǎo)帶材。

優(yōu)選實(shí)施例方案，所述諧振器腔體11(21或31)為導(dǎo)體，可變形高溫超導(dǎo)材料可通過導(dǎo)電膠粘接在諧振器腔體相應(yīng)表面。采用導(dǎo)體作為腔體材質(zhì)，可以在一定程度上提高電路的性能，具體表現(xiàn)在可輔助解決相互分離的超導(dǎo)電路片之間的連續(xù)到點(diǎn)問題，提高其導(dǎo)電的可靠性。

優(yōu)選實(shí)施例：如圖5所示，諧振器腔體設(shè)置有調(diào)諧結(jié)構(gòu)部，用于向諧振器腔體內(nèi)部插入調(diào)諧結(jié)構(gòu)，比如調(diào)諧螺釘。在本實(shí)施例中，調(diào)諧結(jié)構(gòu)部具體包括設(shè)置在諧振器腔體41上的腔體內(nèi)部的圓弧凹槽42，設(shè)置在腔體圓弧凹槽42上的調(diào)諧螺釘44連接到超導(dǎo)片43上。圖中超導(dǎo)片431和超導(dǎo)片432分別是超導(dǎo)片43在調(diào)諧螺釘?shù)恼{(diào)諧驅(qū)動(dòng)下的兩個(gè)調(diào)諧位置圖示。需要說明的是，作為優(yōu)選實(shí)施例，諧振器腔體可以包括傳統(tǒng)的調(diào)諧結(jié)構(gòu)，但這里所述的調(diào)諧螺釘孔特指設(shè)置在諧振器腔體上的調(diào)諧螺釘孔，與該孔相對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)電路表面并不存在對(duì)應(yīng)的開孔。其主要目的是，通過調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘?shù)牟迦肷疃龋梢哉{(diào)節(jié)該表面上超導(dǎo)片向腔體內(nèi)部凸起的程度，進(jìn)而可以改變電路腔體的內(nèi)部尺寸，實(shí)現(xiàn)高效調(diào)諧。同時(shí)可以設(shè)計(jì)較大的調(diào)整范圍，以實(shí)現(xiàn)諧振器頻率的大范圍調(diào)節(jié)，大范圍調(diào)節(jié)一方面可以對(duì)加工誤差進(jìn)行修正，但其主要目的還在于對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景的適應(yīng)(對(duì)頻帶的大范圍調(diào)整，比如調(diào)整多個(gè)倍頻層)。具體設(shè)計(jì)可以參考以下實(shí)施例，諧振器腔體設(shè)置調(diào)諧螺釘孔的表面粘接可變形高溫超導(dǎo)材料時(shí)，導(dǎo)電膠涂覆于以調(diào)諧螺釘孔位中心的外邊緣，以使調(diào)諧螺釘孔周圍一定面域S內(nèi)無導(dǎo)電膠固定。考慮到上述結(jié)構(gòu)特征和電路通常對(duì)調(diào)諧的需求，作為優(yōu)選，所述面域S的面積不小于諧振器設(shè)置調(diào)諧螺釘孔的內(nèi)表面面積S₁的1/2。進(jìn)一步的，面域S和內(nèi)表面面積S₁滿足如下要求，0.5S₁≤S≤0.9S₁。該范圍限定可以有效平衡超導(dǎo)片與腔體結(jié)合的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和調(diào)諧范圍之間的關(guān)系，使二者的參數(shù)達(dá)到最優(yōu)匹配。即再保證電路強(qiáng)度的前提下提供足夠的調(diào)諧范圍。

優(yōu)選實(shí)施例方案，所述調(diào)諧結(jié)構(gòu)部包括調(diào)諧桿和連接部，所述調(diào)諧桿可相對(duì)于諧振器腔體并指向腔體內(nèi)部做伸縮調(diào)節(jié)，所述連接部用于連接調(diào)諧桿的一端部和調(diào)諧桿對(duì)應(yīng)位置的可變形高溫超導(dǎo)材料，用于將調(diào)諧桿執(zhí)行調(diào)節(jié)時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力傳遞至可變形高溫超導(dǎo)材料，并引起所述可變形高溫超導(dǎo)材料的相應(yīng)形變。

所述調(diào)諧結(jié)構(gòu)部包括凹槽，用于實(shí)現(xiàn)，所述調(diào)諧桿往腔體外部調(diào)節(jié)時(shí)，可通過連接部帶動(dòng)可變形高溫超導(dǎo)材料向腔外凸起，以增加腔體內(nèi)部空間體積。也就是說，所述凹槽為諧振器墻體體積調(diào)大提供了空間。

優(yōu)選實(shí)施例方案，腔體內(nèi)部空間體積通過調(diào)諧桿調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)的最大體積V₁、最小體積V₂和自由狀態(tài)體積V₀之間的關(guān)系滿足：V₂＝n₁V₀，V₁＝n₂V₀；其中，0.2≤n₁≤1，1≤n₂≤5。以此實(shí)現(xiàn)同一諧振器可在較寬頻率范圍內(nèi)做出調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。優(yōu)選實(shí)施例方案，0.2≤n₁≤0.5，2≤n₂≤5。

基于可變形高溫超導(dǎo)材料的腔體濾波器，其特征在于，所述濾波器由上述腔體諧振器中的一種或多種耦合形成。顯然，所述諧振器之間的耦合方式并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明濾波器方案的限制。

基于本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)計(jì)，本發(fā)明的諧振器包括但不限于矩形腔體諧振器、圓柱形腔體諧振器和同軸腔體諧振器等。而對(duì)于異性腔體諧振器(形成諧振器的腔體電路表面為非平面的異形結(jié)構(gòu))，本發(fā)明的方案優(yōu)勢(shì)更為突出，因?yàn)楸景l(fā)明的可變形高溫超導(dǎo)可通過彎折/彎曲處理或者模具沖壓成型形成各種復(fù)雜的曲面和/或異形結(jié)構(gòu)，屬于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例方案。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。