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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:朱明倫
研究生(外文):Ming-Lun Chu
論文名稱:釔鋇銅氧高溫超導薄膜雙頻帶濾波器之製作與特性研究
論文名稱(外文):The Fabrication And Characteristics of Dual-Band Filters Using High-Tc Superconducting YBa2Cu3O7-δ Thin Films
指導教授:王立民王立民引用關係許崇宜許崇宜引用關係
指導教授(外文):L. M. WangChung-I. G. Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:電信工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:雙頻帶步階阻抗濾波器高溫超導
外文關鍵詞:Dual-bandStep impedance ResonatorsFilterHigh-Tc superconducting
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本研究主要利用微小化的開迴路諧振腔,與步階阻抗諧振器之阻抗比來控制第二通帶之位置的特性,使得第二通帶可往高頻或低頻移動,藉此特性設計一種雙頻帶帶通濾波器。此雙頻帶濾波器工作於 2.40~2.48 GHz、5.15~5.35 GHz 等兩個頻段,前者為IEEE 802.11b/g通訊使用之頻段,後者為IEEE 802.11a通訊使用之頻段。我們以RF濺鍍技術在鋁酸鑭 (LaAlO3 , LAO) 基座上成長雙面高溫超導釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7-X ,YBCO)薄膜。以IE3D軟體模擬出結果第一中心頻率為 2.42 GHz 插入損失為 -0.01 dB頻寬15 MHz,第二中心頻率為 5.2 GHz 插入損失為 -0.17 dB頻寬6 MHz之雙頻帶通濾波器。我們利用交錯耦合結構,使得斜率更為陡峭,並且在第一頻段附近產生一對傳輸零點。釔鋇銅氧特性中的低插入損耗和高品質因素等特性,我們獲得特性良好之高溫超導濾波器,我們將討論溫度對其特性之影響。
A step-impedance microstrip band-pass filter is presented for the applications of IEEE 802.11b ( 2.4 GHz ~ 2.48 GHz) and IEEE 802.11a ( 5.2 GHz ~ 5.35 GHz) on the multimode wireless local area networks. Using IE3D electromagnetic simulation software, the filter is designed with stepped impedance resonators and shows a dual-passband response. Furthermore, the cross-coupled configuration makes the rejection slop sharp by producing a single pair of transmission zeros at finite frequencies near the first pass band. The simulation and measurement results show the dual-band feature of two pass-bands at 2.42 and 5.20 GHz with insertion losses of 0.01 and 0.17 dB, and bandwidths of 15 and 6 MHz, respectively. For fabrication, high-Tc superconducting YBa2Cu3Oδ (YBCO) films were deposited on double-side polished 0.5-mm-thick (100) LaAlO3 (LAO) substrates utilizing a radio-frequency sputtering system. The dual-band filters have been fabricated by the double-sided depositing patterned YBCO films on a 15-mm-square LAO substrate and by putting them in a copper housing. The temperature-dependent microwave properties are also discussed.
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.........................xii

第一章 簡介
1.1研究背景..................1
1.1.1高溫超導濾波器之發展.........1
1.1.2大面積超導薄膜製作需求.........2
1.2研究動機................... 3
1.3論文架構.................. 4
第二章 基本原理
2.1高溫超導體概論..............5
2.1.1超導電現象與反磁作用..........5
2.1.2高溫超導體與介電質..........6
2.1.3二流體模型..............9
2.1.4倫敦方程式..............12
2.1.5表面阻抗...............15
2.3濾波器設計之原理簡介............17
2.3.1並聯共振...............17
2.3.2介入損失函數法設計濾波........20
2.4濾波器理論...............21
2.4.1濾波器的型式.............21
2.4.2參數之定義與物理意義.........24
第三章 交叉耦合濾波器設計原理與步驟
3.1簡介....................27
3.2設計方法..................28
3.3共振器耦合結構...............31
3.4步階阻抗諧振器之分析與設計............39
3.5型式A 步階阻抗諧振器之分析與設計...... 40
3.5.1 型式A 步階阻抗諧振器之分析...... 40
3.6 設計雙頻阻抗轉換器 ............. 43
3.7 交互耦合雙頻帶帶通濾波器之分析與設計... 44
第四章 實驗方法與步驟
4.1研究架構流程................48
4.2超導薄膜製程................49
4.2.1雙離軸式(off-axis)磁控濺鍍法.......49
4.2.2 通氧退火製作流程...........50
4.3製作流程與製程技術.......... ...50
4.3.1 YBCO薄膜與濾波器的製作.... ...50
4.4封裝與量測.................52


第五章 結果與討論....... ........... 54
5.1 四階交錯耦合濾波器.............54
5.2 通氧退火對其Tc的改變.. ........ .64
5.2.1不同退火溫度對超導臨界溫度Tc之影響... 64
5.2.2不同退火溫度對超導含氧量的變化..... 65
第六章 結論................. .....66參考文獻......................67

















圖目錄

圖2.1 YBa2Cu3O7的晶體結構...............7
圖2.2 RLC並聯共振器與其響應圖............18
(a)並聯RLC電路(b)響應圖............18
圖 2.3 四種基本濾波器型式圖..............22
圖 2.4 濾波電路的特性規格...............23
圖 2.5 雙埠網路的散射參數...............25
圖 3.1 交叉耦合型式濾波器...............27
圖 3.2 交叉耦合式濾波器基本耦合結構圖.........28
圖 3.3 低通標準濾波電路網路圖.............29
圖 3.4 電場性耦合的共振器佈局.............32
圖 3.5 電場性耦合等效電路模型.............33
圖 3.6 另一電場性耦合等效電路模型...........33
圖 3.7 磁場性耦合的共振器佈局.............34
圖 3.8 磁場性耦合等效電路模型.............35
圖 3.9 另一磁場性耦合等效電路模型...........36
圖 3.10 混合式耦合的共振器佈局.............36
圖 3.11 混合式耦合等效電路模型.............38
圖3.12另一混合式耦合等效電路............38
圖 3.13 四種步階阻抗諧振器之型式............39
圖 3.14 形式A步階型共振器...............40
圖 3.15 θT 及θ1 之關係圖................41
圖 3.16 R 與θ之關係圖......... .......42
圖3.17 型式A 步階阻抗諧振器之fS1 /f0 與R 之關係圖.... 43
圖3.18 兩段式的步階阻抗轉換器.............44
圖3.19 交錯耦合雙頻帶濾波器..............45
圖 3.20 (a)電容性耦合(b)電感性耦合(c)混合性耦合....46
圖 3.21 交錯耦合雙頻帶濾波器頻率響應圖... .....47
圖 4.1 研究架構流圖..................48
圖 4.2 雙離軸式(off-axis)磁控濺鍍法........... 49
圖 4.3 超導濾波器製造流程...............52
圖 4.4 為本實驗室自行組裝之真空低溫系統........53
圖 5.1 四階交錯耦合雙頻帶濾波器模擬與實作比較.....54
圖 5.2 四階交錯耦合雙頻帶帶通濾波器..........55
圖 5.3 四階交錯耦合濾波器實體電路圖..........56
圖 5.4 第一頻率在不同溫度下實做量測..........57
圖 5.5 第二頻率在不同溫度下實做量測..........59
圖 5.6 第一頻帶I.L與溫度的變化圖...........61
圖 5.7 第二頻帶I.L與溫度的變化圖...........61
圖 5.8 中心頻率對溫度的變化..............62
圖 5.9 第一頻率隨溫度的變化..............63
圖 5.10 第二頻率隨溫度的變化..............63
圖 5.11 不同退火溫度對超導薄膜臨界溫度Tc...... .65
圖 5.12 (006)/(005)與Tc隨不同退火溫度的改變.......66

表目錄

表2.1 一些常用的介電質及其參數.............9
表2.2 超導體與常態導體的各項表示式........... 12
表3.1 濾波器階數N=4,與Ωa對應之等效低通網路元件值. .31
表4.1 超導薄膜YBCO薄膜成長之條件...........50
表5.1 四階交錯耦合雙頻帶濾波器模擬與實作比較結果....55
表5.2第一頻率在不同溫度下量測結果...........58
表5.3 第二頻率在不同溫度下量測結果 .......... 60
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