1.1 研究動機與目標
1911 年荷蘭實驗物理學家 H. K. Onnes 首次發現水銀在 4K 左右表 面電阻突然變為零，在 1913 年他首次使用「超導電性」這個名詞來 解釋這個現象[1]。在 1987 年，吳茂昆博士等人發現臨界溫度在 90 K 以上的釔鋇銅氧化合物[2]，高溫超導體的問世，更提高了超導體的 實用性及應用範圍。
微波濾波器是一個雙埠網路，其功能是：若信號的頻率在其通帶 中，信號就可以通過；若信號的頻率在其截止帶中，信號就會被傳輸；
也就是說濾波器控制了微波系統在某頻率點附近的頻率響應。幾乎所 有的微波通訊系統中，如雷達、測試、與量測系統，都有微波濾波器。
在無線通訊工業的篷勃發展下(例如行動電話與衛星通訊等)，在 發射與接收端需要高效率的窄頻帶通濾波器作頻道選擇用，為了提高 頻譜使用效率，需要提高濾波的旁波帶的抑制能力，以縮小相鄰頻道 間的防護帶(Guard Band)，並隔絕通帶信號外的雜訊干擾，所以具有 低插入損耗(Insertion Loss)且高選擇性(Selectivity)特性的濾波器之 需求更顯得重要。此外，元件的微小化也是一個重要的方向，元件體 積愈縮小，就更容易整合積體化，例如應用在輕、薄、短小的手機上，
且成本可以降低。
超導體臨界溫度下超導電性，比起現今任何金屬的導電性還要 好，適合用在被動式微波元件的製作上，在相同頻率的微波應用下，
高溫超導的表面電阻值，遠低於一般金屬材料，具低損耗的特性，可 變化更多高品質密集的微小化共振腔結構。對於微波濾波器而言，傳 統體積龐大的平行耦合線設計結構，可用具耦合線之微小化髮夾型共 振腔的高溫超導微帶線來取代，將濾波器元件的尺寸縮小在 1 平方公 分的鋁酸鑭單晶基板上。而高溫超導的微波濾波器應用於 GSM1800 行動通信基地台接收器前端電路的濾波器，具有增加基地台容量、擴 大覆蓋面積、提高抗干擾能力、改善通話品質及降低手機發射功率等 優勢[3]。
本論文主要在研究具發展潛力的平面式 1.8GHz的微小型高溫超 導帶通濾波器，利用四階密集化微小型共振電路之交錯耦合結構 [4],[5]，來設計產生一對傳輸零點的高選擇性(High selectivity)的微波 濾波器具有插入損耗低、頻寬窄、體積小、傳輸零點的頻率位置可調、
通帶邊緣陡峭及帶外抑制好等優點[6]-[10]。其次，0o的饋入裝置可以 增加一對額外傳輸零點，可以提升截止帶的阻絕能力[11]。
目前在實驗上，我們已找出之前學長製作的 1.8GHz交錯耦合型帶 通濾波器元件，其帶通信號的高頻端傳輸零點消失的原因，詳細過程 在第五章節裡討論，並在本論文研究裡的加以改善，由 180o饋入之交
錯耦合型帶通濾波器的量測信號，顯示一對傳輸零點得以實現。另 外，0o饋入裝置的應用，可再增加一對傳輸零點，來提高元件通帶外 的雜訊阻絕能力，以增加濾波器元件的實用性。最後由低溫 77K下的 微波量測結果，來驗證與模擬設計相符合。但在實驗的過程中，我們 免不了也遇到了模擬設計與元件製備上的問題，其中的細節將在本論 文一一探討。
1.2 章節概要
本論文總共分為五個章節︰第一章為緒論，闡述研究的動機與目 標。第二章為實驗裝置與步驟，在此將會介紹實驗的儀器與操作步 驟，包括有雷射鍍膜系統、電阻-溫度量測系統、黃光微影蝕刻、向 量網路分析儀量測以及高頻電磁軟體模擬濾波器元件。第三章是理論 分析，在此將會介紹散射參數的定義與其物理意義、奇偶模網路分 析、共振腔微小化、設計具高選擇性的耦合結構、0o與 180o饋入裝置 的應用原理。第四章是濾波器的設計，應用第三章所敘述的理論，來 制定所需的規格並按照設計流程來完成濾波器元件。第五章是實驗的 結果與討論，對薄膜的特性作分析，以及實際量測結果與電腦模擬的 結果作比較。第六章為結論，針對本論文的成果以及尚需改進之處做 總結，並敘述未來的研究方向。