适用于集群通信的高温超导滤波器设计与制造

论文摘要

随着高温超导技术的发展愈来愈成熟,许多行业开始将高温超导技术运用在其中,并且超导产品相比之前的性能有了极大的提升,尤其是在电子信息和通讯领域。超导材料近乎为零的表面电阻,而其做成的滤波器具有插入损耗低、带边陡度高、带外抑制好的特点,对所需信号具有更高的选择性从而减少来自相邻信道信号的干扰,高温超导滤波器可以有效降低系统噪声系数,提高检测弱信号的能力。而且超导滤波器可以在不牺牲插入损耗的情况下,增加滤波器的阶数,从而有效的增加带边陡度,使滤波器的频率响应曲线更加接近理想的矩形,应用于通信基站的接收机前端,使基站设备的抗干扰能力有了进一步的提升。其中集群通信系统是极其专业的移动通信系统,是当今专用移动通信发展方向,国内公共通信设施离不开集群通信的建设,其中包括公安集群系统和铁路集群系统,而集群通信作为通信系统其中的一个种类,必然会存在其他通信系统都会存在的问题,譬如覆盖盲区问题、语音质量不佳问题、掉话问题等等。高温超导材料制作而成的滤波器可以很容易将滤波器的频带做的很窄,并且在频段很低的情况下将接收端的体积小型化,可以有效改善掉话,覆盖范围不佳以及无法检测微弱信号等问题,从而很大程度上提高集群通信系统的工作效率。本文依据集群通信系统对射频前端接收滤波器的技术要求,采用超导薄膜材料开发适用于集群通信系统的高温超导滤波器。综合考虑滤波器工作频段和要求参数来确定滤波器的类型,并且给出了超导滤波器的设计理论模型、采用滤波器综合技术获得理论响应曲线,提取出耦合矩阵参数。此外还采用协同仿真技术设计了滤波器的物理电路结构,并通过曝光、显影、蚀刻、切割等平面精细加工技术制作了超导滤波器芯片,同时对滤波器进行组装,低温测试,得到滤波器的实际频率响应曲线。文章主要采用了两种基底材料氧化镁（MgO）,铝酸镧（LaAlO3）作为对比进行设计滤波器的微带电路,采用SONNET软件进行仿真,随后对两种滤波器进行实际的测试,进而对比两种滤波器的性能随后进行分析,比较不同基底之间滤波器的性能差异以及差异的原因,最后两种材料制成的滤波器的中心频率均为353.5MHz,插入损耗不高于0.1dB,回波损耗高于18dB,带外抑制高于80dB,滤波器实际测试结果达到预期,设计结果符合集群通信系统的技术要求。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 集群通信系统
•     1.1.1 集群通信系统的定义
•     1.1.2 集群通信系统的发展过程
•     1.1.3 集群通信系统发展存在的问题
•   1.2 超导的发展和材料特性
•     1.2.1 超导的发展历史
•     1.2.2 超导体材料的特性
•   1.3 本文主要研究内容及文章结构
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 文章结构
• 第二章 高温超导滤波器的理论基础
•   2.1 微带线简介
•     2.1.1 微带线基础
•     2.1.2 微带线特性阻抗和相速
•     2.1.3 微带线损耗
•   2.2 微波网络
•     2.2.1 二端口网络的阻抗矩阵
•     2.2.2 二端口网络的导纳矩阵
•     2.2.3 二端口的散射矩阵
•     2.2.4 二端口的传输矩阵
•     2.2.5 多端口网络
• 第三章 高温超导滤波器的设计原理
•   3.1 滤波器的概述
•     3.1.1 滤波器的基本形式
•   3.2 低通滤波器的特性
•     3.2.1 巴特沃兹低通滤波器特性
•     3.2.2 切比雪夫低通滤波器特性
•     3.2.3 椭圆函数低通滤波器特性
•   3.3 频率转化
•     3.3.1 高通变换
•     3.3.2 带通变换
•     3.3.3 带阻变换
•   3.4 微带电路耦合原理
•     3.4.1 阻抗矩阵的推导
•     3.4.2 耦合系数的推导
•     3.4.3 品质因数的推导
• 第四章 适用于集群通信的高温超导滤波器的研制
•   4.1 氧化镁（MgO）衬底的集群超导滤波器设计
•     4.1.2 滤波器的谐振器结构的确定
•     4.1.3 外部品质因数及端口结构的确定
•     4.1.4 滤波器耦合间距的确定
•     4.1.5 整体结构的搭建与滤波器仿真
•     4.1.6 超导滤波器的加工制造及测试
• 3）衬底的集群超导滤波器设计'>  4.2 铝酸镧（LaAlO₃）衬底的集群超导滤波器设计
•     4.2.1 滤波器等效电路的设计及滤波器综合
•     4.2.2 谐振器及耦合仿真
•     4.2.3 滤波器仿真以及物理电路的确定
•   4.3 两种衬底滤波器的性能对比
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 崔鸿羽

导师: 季来运

关键词: 高温超导滤波器,集群通信,窄带,氧化镁,铝酸镧

来源: 天津理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,电力工业,无线电电子学

单位: 天津理工大学

分类号: TM26;TN713

总页数: 66

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