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CN110417408A - 一种基于超导材料的5g通信频率源 - Google Patents

一种基于超导材料的5g通信频率源 Download PDF

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CN110417408A CN201910718407.0A CN201910718407A CN110417408A CN 110417408 A CN110417408 A CN 110417408A CN 201910718407 A CN201910718407 A CN 201910718407A CN 110417408 A CN110417408 A CN 110417408A
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于超导材料的5G通信频率源，属于微波电路设计领域，包括两路相同的第一振荡器模块与第二振荡器模块，所述第一振荡器模块与第二振荡器模块之间串联连接有介质谐振器模块；两路振荡器模块输出端通过超导材料的功分器模块合成后成为总输出，所述介质谐振器模块具有180°相移，使两路振荡器产生的基波信号之间具有180°的相位差。本发明利用高温超导结构实现功分器模块设计，输出振荡器模块产生信号的二次谐波，抑制基波与高次谐波信号，改善相位噪声。该发明加工简单，不仅灵活可调，而且结构简单易于集成。

Description

一种基于超导材料的5G通信频率源
技术领域
本发明属于微波电路设计领域，涉及一种基于超导材料结构用于5G通信的毫米波频率源。
背景技术
在传输时间或频率信号的系统中，高度稳定的频率源是系统正常运行的关键。频率稳定度可分为长期稳定度与短期稳定度，其中长期稳定度与环境温度、元器件老化等因素有关；短期稳定度则取决于系统的相位噪声系数。为了获得较高的稳定度，需要提高电路的抗干扰能力与系统相位噪声参数水平。
由于有源器件的最高工作频率有限，一般常见的场效应管工作频率只能达到20GHz左右，当需要的振荡频率超过这一范围时，传统结构的频率源无法满足要求，而推-推频率源则提供了一种可能的实现方案。在推-推频率源方案中，输出端的功分器电路设计十分关键，对电路整体性能影响较大。
目前，该方向国内外的研究中，通常功分器的工作环境温度范围要求为-10℃到40℃或-30℃到50℃，要求更高的功分器能够在-45℃到80℃温度范围内工作，但对于一些高寒的地区，当前功分器的工作温度则难以达到要求，这会在很大程度上影响频率源的稳定性。
高温超导功分器结构通过改变内部谐振器单元的尺寸，从而使其谐振频率改变，实现功分器电路工作频段可调。随着无线通讯系统对系统稳定性要求不断提高，采用高温超导功分器技术实现高稳定度频率源将具有广阔的实用价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于5G通信的毫米波频率源，该结构根据需求，利用高温超导结构组成功分器模块，能够在高寒地区环境条件下工作，从而使得频率源的抗温度干扰能量得到改善。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于超导材料的5G通信频率源，包括两路相同的第一振荡器模块与第二振荡器模块，所述第一振荡器模块与第二振荡器模块之间串联连接有介质谐振器模块，两路振荡器共用同一谐振器；两路振荡器模块输出端通过超导材料的功分器模块合成后成为总输出，所述介质谐振器模块具有180°相移，使两路振荡器产生的基波信号之间具有180°的相位差。
进一步，所述功分器模块为二路合一功率合成器，包括两个高温超导谐振模块和隔离电阻，所述隔离电阻连接在两个高温超导谐振模块之间，所述高温超导谐振模块包括五个并列设置的谐振器单元，每相邻两个谐振器单元按相反方向设置，以此增加相邻谐振器单元之间的耦合。
更进一步，所述谐振器单元为矩形，内部开有相连的圆形槽与矩形槽，通过调整谐振器单元以及内部开槽的尺寸，能够改变其谐振频率，得到所需要的工作频段。
更进一步，通过调整功分器模块内的谐振器单元尺寸，改变功分器模块的工作频段，实现功分器中心频率可调，从而实现抑制振荡器产生的基波与高次谐波信号，输出二次谐波信号总输出。
进一步，所述功分器模块的工作温度在-190℃～-120℃之间(通过专门低温设备提供)，简单易于加工，同时也便于与其他电路集成。
进一步，所述第一振荡器模块、第二振荡器模块、介质谐振器模块和功分器模块铺设于介质基板上，所述第一振荡器模块、第二振荡器模块和介质谐振器模块采用Rogers5880介质，介电常数为2.2，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度为0.254mm；所述功分器模块采用氧化镁介质，介电常数为9.65，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度为0.5mm，能够较好地实现频率源的性能。
本发明的有益效果在于：本发明在功分器模块中加入高温超导结构，实现传统功分器模块功率合成目的的同时，能够在高寒地区环境条件下工作；通过调节功分器结构中谐振器结构的尺寸，能够调整功分器模块的工作频段；功分器模块电路结构简单易于加工，体积小易于与其它微波电路集成，具有很强的实用性及应用前景。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述基于超导材料的5G通信频率源的电路示意图；
图2为本发明所述功分器模块的结构示意图；
图3为本发明所述功分器模块中高温超导谐振模块的结构示意图；
图4为本发明的高温超导谐振模块中谐振器单元的结构示意图。
附图标记：第一振荡器模块1、第二振荡器模块2、介质谐振器模块3、功分器模块4、高温超导模块10、11、隔离电阻12。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1-4所示，一种基于超导材料的5G通信频率源，包括两路相同的第一振荡器模块1与第二振荡器模块2，所述第一振荡器模块1与第二振荡器模块2之间串联连接有介质谐振器模块3，两路振荡器共用同一谐振器；两路振荡器模块输出端通过超导材料的功分器模块4合成后成为总输出，所述介质谐振器模块3具有180°相移，使两路振荡器产生的基波信号之间具有180°的相位差。
所述功分器模块4为二路合一功率合成器，包括两个高温超导谐振模块10、11和隔离电阻12，所述隔离电阻12连接在两个高温超导谐振模块10、11之间，阻值为R，所述高温超导谐振模块10、11包括五个并列设置的谐振器单元，每相邻两个谐振器单元按相反方向设置，以此增加相邻谐振器单元之间的耦合，相邻谐振器单元之间的间隙分别为s1和s2。
所述谐振器单元为矩形，内部开有相连的圆形槽与矩形槽，谐振器单元的长度为L，宽度为W；矩形开槽长度为l，宽度为w；圆形开槽半径为r。通过调整谐振器单元以及内部开槽的尺寸，能够改变其谐振频率，得到所需要的工作频段。
通过调整功分器模块4内的谐振器单元尺寸，改变功分器模块4的工作频段，实现功分器中心频率可调，从而实现抑制振荡器产生的基波与高次谐波信号，输出二次谐波信号总输出。
所述功分器模块4的工作温度在-190℃-120℃之间(通过专门低温设备提供)，简单易于加工，同时也便于与其他电路集成。
所述第一振荡器模块1、第二振荡器模块2、介质谐振器模块3和功分器模块4铺设于介质基板上，所述第一振荡器模块1、第二振荡器模块2和介质谐振器模块3采用Rogers5880介质，介电常数εr为2.2，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度h为0.254mm；所述功分器模块4采用氧化镁介质，介电常数εr为9.65，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度为0.5mm，能够较好地实现频率源的性能。
当所述频率源工作中心频率是24-28GHz左右，通过仿真确定高温超导功分器结构内部参数初值分别是，s1＝0.500mm，s2＝0.650mm，L＝0.980mm，W＝0.640mm，l＝0.465mm，w＝0.036mm，r＝0.195mm。
本发明用于5G通信的毫米波频率源中功分器模块采用高温超导结构，通过调整功分器结构中谐振器的尺寸，改变功分器模块的工作频段，从而实现抑制振荡器产生的基波与高次谐波信号，输出二次谐波信号；高温超导结构使得电路能够适应高寒地区环境条件，提高电路的抗干扰能力。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于超导材料的5G通信频率源，其特征在于：包括两路相同的第一振荡器模块与第二振荡器模块，所述第一振荡器模块与第二振荡器模块之间串联连接有介质谐振器模块；两路振荡器模块输出端通过超导材料的功分器模块合成后成为总输出，所述介质谐振器模块具有180°相移，使两路振荡器产生的基波信号之间具有180°的相位差。
2.根据权利要求1所述的基于超导材料的5G通信频率源，其特征在于：所述功分器模块为二路合一功率合成器，包括两个高温超导谐振模块和隔离电阻，所述隔离电阻连接在两个高温超导谐振模块之间，所述高温超导谐振模块包括五个并列设置的谐振器单元，每相邻两个谐振器单元按相反方向设置，以此增加相邻谐振器单元之间的耦合。
3.根据权利要求2所述的基于超导材料的5G通信频率源，其特征在于：所述谐振器单元为矩形，内部开有相连的圆形槽与矩形槽，通过调整谐振器单元以及内部开槽的尺寸，能够改变其谐振频率，得到所需要的工作频段。
4.根据权利要求3所述的基于超导材料的5G通信频率源，其特征在于：通过调整功分器模块内的谐振器单元尺寸，改变功分器模块的工作频段，实现功分器中心频率可调，从而实现抑制振荡器产生的基波与高次谐波信号，输出二次谐波信号总输出。
5.根据权利要求1所述的基于超导材料的5G通信频率源，其特征在于：所述功分器模块的工作温度在-190℃～-120℃之间。
6.根据权利要求1所述的基于超导材料的5G通信频率源，其特征在于：所述第一振荡器模块、第二振荡器模块、介质谐振器模块和功分器模块铺设于介质基板上，所述第一振荡器模块、第二振荡器模块和介质谐振器模块采用Rogers 5880介质，介电常数为2.2，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度为0.254mm；所述功分器模块采用氧化镁介质，介电常数为9.65，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度为0.5mm。
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