臺灣博碩士論文加值系統

中文摘要

　　本論文主要是利用鋁酸鑭(LaAlO3, LAO)基座濺鍍雙面的高溫超導(釔鋇銅氧，YBCO)薄膜。我們也成功地成長大面積薄膜，用在實體電路之中的六階交錯耦合、四階交錯耦合、四分之ㄧ波長交錯耦合和不同的饋入方式來製作濾波器圖形。我們設計六階濾波器面積為1.5 cm的內折式微小化髮夾型濾波器、四階濾波器面積為1cm的內折式微小化髮夾型濾波器和四分之ㄧ波長濾波器面積為1 cm的濾波器，其中心頻率分別為2 GHz與1.9 GHz、頻寬為20 MHz。我們以調整步階阻抗來設計對於高階諧波之抑制，以避免中心通帶與二次諧波太相近。在四階耦合濾波器零度與非零度的諧波抑制上都達到50 dB以下，六階耦合濾波器非零度的諧波抑制上也可以到達30 dB以下。而在77 K工作溫度時，中心頻率分別在2.11 GHz、2 .1GHz、2.17 GHz和2.25 GHz的高溫超導濾波器，其介入損耗分別為-7dB、-5.8dB、-1.6dB與-2.3dB，並將此結果加以討論及互相比較。

關鍵字：釔鋇銅氧，抑制諧波

ABSTRACT

In this work,we fabricated the high-Tc superconducting filters by pattering YBa2Cu2Oy (YBCO) films deposited on LaAlO3 substrates. We used an off-axis magnetron sputtering system to deposited large area YBCO films for fabricating six-pole filters, four-pole filters and /4 cross-coupled bandpass filters with different feed structure. We design six-pole 15 mm-miniaturized hairpin-type filter, four-pole 10 mm-miniaturized hairpin-type filter, and /4 10 mm-cross-coupled bandpass filter with a pair of transmission zeros near the pass-band edge, in which the center frequency (fc) is around 2 GHz and 1.9 GHz with a 20 MHz bandwidth. The designs with step-impedance resonators technique for the high-order harmonics are developed in this work. The four-pole cross-coupled bandpass filter suppressed zero and non-zero spurious frequencies more than 50 dB. The six-pole cross-coupled bandpass filter suppressed non-zero spurious frequencies more than 30 dB. At 77-K temperature, where the center frequencies of the high-Tc superconducting filters are 2.11, 2.1, 2.17, and 2.25GHz, the insertion losses are 7, 5.8, 1.6 and 2.3-dB,respectively. The results are discussed and compared.

Key Words : YBa2Cu3Oy (YBCO)，spurious frequencies

目錄

封面內頁
簽名頁
授權書．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iii
中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iv
英文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．v
誌謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vi
目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vii
圖目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．x
表目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．xiv

第一章　緒論
1.1 研究背景．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1.1.1微帶線濾波器之發展．．．．．．．．．．． 1
1.1.2超導濾波器之特性與製程上之限制．．．．． 2
1.1.3高階濾波器之優良特性與設計需求．．．．． 3
1.2研究動機與目的．．．．．．．．．．．．．．．．4
1.2.1發展大面積釔鋇銅氧(YBCO) ．．．．．．．5
1.2.2高階濾波器微小化之設計．．．．．．．．．5
1.2.3諧波抑制設計．．．．．．．．．．．．．．6
1.3 論文綱要．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7
第二章　濾波器的基本設計與原理
2.1 簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8
2.2 微帶線諧振器間的耦合．．．．．．．．．．．． 8
2.2.1電場耦合．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.2.2磁場(電感)性耦合．．．．．．．．．．． 13
2.2.3混合性耦合．．．．．．．．．．．．．．． 17
2.2.4 交錯耦合型帶通濾波器之合成．．．．．． 21
2.3 微帶線原理．．．．．．．．．．．．．．．．．25
2.3.1微帶線架構．．．．．．．．．．．．．． 25
2.3.2步階阻抗諧振器之特性．．．．．．．．． 28
第三章 高階濾波器之設計與模擬結果
3.1 四階微小化交錯耦合濾波器之設計．．．．．．．33
3.2 六階微小化交錯耦合濾波器之設計．．．．．．．35
3.3 波長微帶線濾波器．．．．．．．．．．．．．40
3.3.1 濾波器設計原則．．．．．．．．．．．．40
3.3.2 濾波器模擬結果．．．．．．．．．．．．41
3.4 零度與非零度饋入設計與探討．．．．．．．．．42
3.4.1半波長微帶線共振器濾波器．．．．．．． 43
3.4.2四分之一波長微帶線共振器濾波器．．．． 45
3.5 諧波抑制與設計．．．．．．．．．．．．．．．49
3.5.1 開路殘段．．．．．．．．．．．．． 49
第四章 實驗方法與步驟
4.1 高溫超導薄膜製程．．．．．．．．．．．．． 57
4.1.1 射頻磁控濺鍍法．．．．．．．．．．．． 57
4.1.2 雙離軸式(off-axis)磁控濺鍍法．．．．．． 58
4.2 製作流程與製程技術．．．．．．．．．．．． 60
4.3 蝕刻方式的選擇．．．．．．．．．．．．．． 61
4.4 濾波器成品封裝與量測方式．．．．．．．．． 62
第五章 高溫超導濾波器量測結果 ．．．．．．．．．．．．． 65
5.1 六階交錯耦合濾波器 ．．．．．．．．．．．． 65
5.2四階非零度饋入交錯耦合濾波器．．．．．．．． 67
5.3四階零度饋入交錯耦合濾波器 ．．．．．．．． 70
5.4四分之ㄧ波長交錯耦合濾波器 ．．．．．．．． 73
第六章 結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 77
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．78
圖目錄

圖2-1 (a) 四分之一波長短路微帶線諧振器上電場強度分佈圖
(b) 二分之一波長開路微帶線諧振器上電場強度分佈圖
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9
圖2-2 電場性耦合諧振器佈圖．．．．．．．．．．．．．．． 10
圖2-3(a) 電場性耦合之等效電路圖．．．．．．．．．．．．．10
圖2-3(b) 電場性耦合等效 電路圖．．．．．．．．．．．．．10
圖2-3(c) 另一電場性耦合等效電路模型 ．．．．．．．．．．12
圖2-4 (a) 四分之一波長短路微帶線諧振器上磁場強度分佈圖
(b) 二分之一波長開路微帶線諧振器上磁場強度分佈圖
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
圖 2-5 磁場性耦合諧振器佈．．．．．．．．．．．．．．． 14
圖 2-6(a) 磁場性耦合之等效電路圖．．．．．．．．．．．．15
圖 2-6(b) 磁場性耦合等效T電路圖．．．．．．．．．．．．15
圖 2-6(c) 另一磁場性耦合等效電路模型．．．．．．．．．． 16
圖 2-7(a) 反對稱混合性耦合諧振器佈局．．．．．．．．．．18
圖 2-7(b) 對稱混合性耦合諧振器佈局圖．．．．．．．．．．18
圖 2-8 反對稱混合耦合等效電路模型．．．．．．．．．．． 19
圖 2-9 對稱混合耦合等效電路模型．．．．．．．．．．．． 20
圖 2-10 微帶傳輸線架構．．．．．．．．．．．．．．．．．25
圖 2-11 步階阻抗諧振器結構之示意圖．．．．．．．．．．．29
圖 2-12 及 之關係圖．．．．．．．．．．．．．．．．．29
圖 2-13 與 之關係圖．．．．．．．．．．．．．．．．． 30
圖 2-14 步階阻抗諧振器之 與 之關係圖．．．．．．．．．31
圖 2-15 內折式縮小化法夾型諧振器．．．．．．．．．．．．31
圖 3-1 濾波器設計流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．32
圖 3-2 微小型交錯耦合濾波器．．．．．．．．．．．．．． 33
圖 3-3 (a)混合性耦合(b)電磁性耦合(c)電容性耦合．．．． 34
圖 3-4 微小化交錯耦合濾波器頻率響應圖．．．．．．．．．35
圖 3-5 六階交錯耦合濾波器．．．．．．．．．．．．．．．36
圖 3-6 (a)(b)混合性耦合(c)電磁性耦合(d)電容性耦合．．．．37
圖 3-7 六階交錯耦合濾波器模擬頻率響應圖．．．．．．．． 38
圖 3-8 八階交錯耦合濾波器模擬頻率響應圖．．．．．．．． 39
圖 3-9 頻率響應圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 39
圖 3-10 微帶線濾波器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 41
圖 3-11 頻率響應圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．42
圖 3-12非零度饋入微帶線濾波器．．．．．．．．．．．．． 43
圖 3-13零度饋入微帶線濾波器．．．．．．．．．．．．．． 44
圖 3-14零饋入之交錯耦合濾波器頻率響應．．．．．．．．． 44
圖 3-15非零饋入與零饋入之頻率響應比較．．．．．．．．． 45
圖 3-16 微帶線濾波器．．．．．．．．．．．．．．．．．46
圖 3-17 頻率響應圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47
圖 3-18 非 微帶線濾波器．．．．．．．．．．．．．．．．47
圖 3-19 頻率響應圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
圖 3-20 零度饋入頻率響應圖．．．．．．．．．．．．．．．48
圖 3-21 四階SIR交錯耦合濾波器．．．．．．．．．．．．．50
圖 3-22 四階SIR交錯耦合濾波器寬頻頻率響應．．．．．．．50
圖 3-23 加入 開路殘段之交錯耦合濾波器．．．．．．．．． 51
圖 3-24 加入 開路殘段之交錯耦合濾波器頻率響應．．．．．51
圖 3-25 饋入點結構濾波器．．．．．．．．．．．．．．．52
圖 3-26 饋入結構濾波器頻率響應圖．．．．．．．．．．．52
圖 3-27 饋入點結構濾波器寬頻頻率響應圖．．．．．．．． 53
圖3-28 加入 開路殘段之交錯耦合濾波器．．．．．．．．． 54
圖3-29加入 開路殘段之交錯耦合濾波器頻率響應圖．．．． 54
圖 3-30 六階交錯耦合濾波器 ．．．．．．．．．．．．．．． 55
圖 3-31 六階交錯耦合濾波器頻率響應．．．．．．．．．．． 55
圖 3-32加入 開路殘段之交錯耦合濾波器．．．．．．．．． 56
圖 3-33加入 開路殘段之交錯耦合濾波器頻率響應圖．．．． 56
圖 4-1 濺鍍工作原理的示意圖．．．．．．．．．．．．．． 58
圖 4-2 雙離軸式(off-axis)磁控濺鍍法．．．．．．．．．．．．59
圖 4-3 網路分析儀．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 63
圖 4-4 低溫量測系統．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 64
圖 5-1 六階交錯耦合濾波器模擬與實作比較．．．．．．．．． 65
圖 5-2 六階交錯耦合濾波器．．．．．．．．．．．．．．． 66
圖 5-3六階交錯耦合濾波器實體電路圖．．．．．．．．．．．67
圖 5-4 四階交錯耦合濾波器模擬與實作比較頻率響應圖．．．． 68
圖 5-5 四階交錯耦合濾波器．．．．．．．．．．．．．．． 69
圖 5-6 四階交錯耦合濾波器實體電路圖．．．．．．．．．． 70
圖 5-7 四階交錯耦合濾波器模擬與實作比較頻率響應圖．．． 71
圖 5-8 饋入點結構濾波器．．．．．．．．．．．．．．．． 72
圖 5-9 半波長四階零度饋入交錯耦合濾波器實體電路圖．．． 73
圖 5-10 四分之一波長交錯耦合濾波器頻率響應圖．．．．．． 74
圖 5-11 四分之ㄧ波長交錯耦合濾波器．．．．．．．．．．．75
圖 5-12 四分之ㄧ波長交錯耦合濾波器實體電路圖．．．．．．76
表目錄

表2.1濾波器階數N=4， 對應之等效低通網路元件 ．．．． 23
表2.2 濾波器階數N=6， 對應之等效低通網路元件．．．．．23
表2.3 濾波器階數N=8， 對應之等效低通網路元件 ．．．．24
表4.1 鍍膜成長條件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．59
表5.1 六階交錯耦合濾波器模擬與實作比較結果．．．．．．． 66
表5.2 四階交錯耦合濾波器模擬與實作比較結果．．．．．．．68
表5.3 四分之ㄧ波長交錯耦合濾波器模擬與實作結果．．．．．71
表5.4零點饋入交錯耦合濾波器模擬與實作比較結果．．．．．74

參考文獻

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