基于SRLR谐振结构的多波段高温超导滤波器研究及在射电天文中应用

For the needs of the development of China's radio telescope and engineering applications and around the key technology of superconducting radio astronomy receiver, this project aims to study the mixed-mode propagation theory, nonlinear circuit modeling methods and discontinuity problems of high temperature superconducting (HTS) square ring loaded resonator (SRLR) structure, and explore the mixed-mode propagation characteristics of SRLR and its modes coupling mechanism under the condition of nonlinear effect of HTS. Also, the project will investigate the relationship of coexistence and coupling of degenerate and non-degenerate modes, and finally establish the tunable and analytic relations between the HTS SRLR structure and the operating temperature. Based on the previous study, HTS filters with high performance, compact size and re-configurability characteristic will be proposed. Through this research, more deeply and extensive understanding about the SRLR structure will be formed. Meanwhile, the project not only shows the important theoretical significance and technological innovation, but also has huge practical significance for future multi-band, high sensitivity, anti-interference system and development of HTS filters and receivers for radio astronomy application with a large dynamic range.

面向我国射电天文望远镜发展需求和工程应用，围绕射电天文超导接收机的关键技术指标，本项目将致力于高温超导SRLR谐振结构的混合模传播理论、非线性电路建模方法、不连续性问题等理论研究，探索开展基于高温超导体非线性效应下SRLR谐振结构混合模传播特征、模式间耦合机理等重要问题分析，明确SRLR谐振结构简并模和非简并模共存与耦合关系，建立起SRLR谐振结构参数与工作温度及承载功率之间的可调谐解析关系。在此基础上，研制高性能、小型化、可重构的高温超导滤波器。通过该项研究，形成对具有混合模式的SRLR谐振结构更为深刻和丰富的认识。因此，本项目不仅具有重要的理论意义和技术创新性，而且，对潜在多波段、高灵敏度、抗干扰、具有较大动态范围的射电天文用超导滤波器及接收装置的研制，具有重要的应用价值。

本项目面向我国射电天文望远镜发展需求和工程应用，主要围绕射电天文超导接收机的关键指标以及基于高温超导SRLR谐振结构的微波电路设计进行理论和工程方面的研究。研究成果主要包括：研究了SRLR谐振结构的混合模传播理论和电磁波传播特征并建立了电磁波传播方程和相关传播模式的激励方法；明确了耦合结构位置、形状和大小等参量与耦合强度、耦合极性间对应关系的混合模耦合机理；研究了传播模式相位变化与耦合强度、零点位置、群时延特性的影响规律，并提出了谐振频带、电路耦合系数和传输零点的调控方法；建立了高温超导SRLR谐振结构的非线性电路模型和参数提取算法，并提出了其不连续性对谐振频点、零极点、非线性相位和群时延特性影响的解析方法和仿真验证；完成了基于SRLR谐振结构的超导宽带滤波器设计方法、仿真分析和实验验证；根据中科院新疆天文台射电天文需求，基于前期研究成果研制了具有陷波能力的宽带超导滤波器。在国家自然科学基金的支持下,本项目的研究工作取得了很好的成果。在国际学术杂志上发表期刊论文26篇（SCI 收录14篇），国际会议论文8篇，授权发明专利4项，受理发明专利4项，培养教2名师和9名研究生。取得的各项成果均超过预定申请指标, 而且已经开始以本项目的研究成果为基础往工程应用方面转化。