一种模块化级联滤波器及其制备工艺的制作方法

本发明属于滤波器，具体来说，特别涉及一种模块化级联滤波器及其制备工艺。

背景技术：

1、量子计算机作为下一代计算技术的代表，借助量子叠加与量子纠缠等基本量子力学原理，在解决特定复杂问题时展现出远超经典计算机的计算潜力。在众多技术路线中，超导量子计算是当前发展最为成熟的方案之一。其核心部件超导量子比特需在稀释制冷机内部的极低温（约10 mk）环境下运行，以有效维持量子相干性，保障计算过程的可靠性。

2、在超导量子计算机系统中，控制信号需从室温环境传输至低温量子芯片，该传输路径不可避免地会引入多种噪声干扰，严重制约量子比特的相干时间与门操作精度。为此，通常需要在信号链路中配置多级串联滤波器，以抑制噪声。多级串联结构通过各级传递函数的乘积效应，实现阻带衰减能力的显著增强；同时，各级滤波器可分工协作，对噪声进行逐级、精细化的抑制，从而确保信号在极低温环境中的稳定、精确传输。

3、然而，现有滤波器多采用电容、电感等分立元件，通过表面贴装工艺焊接于基板之上。该结构在稀释制冷机的极低温条件下存在明显缺陷：一方面，元件材料因热胀冷缩产生的形变差异，易导致焊点断裂或接触不良，严重影响滤波器的稳定性和可靠性；另一方面，贴片式滤波器体积较大，且为达到所需抑制效果往往需要多级串联，进一步加剧了对稀释制冷机内部有限空间的占用，给超导量子计算机系统的整体布局与集成安装带来困难。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种模块化级联滤波器及其制备工艺，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明为一种模块化级联滤波器，包括级联滤波模组，所述级联滤波模组包括多个滤波单元，所述滤波单元的两端分别安装有级联接口母头和级联接口公头，多个所述滤波单元通过两端的级联接口母头和级联接口公头依次拼装连接形成多级滤波结构；

4、所述滤波单元包括基板，所述基板上通过激光蚀刻有微带线，所述微带线包括起到电感作用的窄带线和多个起到电容作用的宽带线，所述窄带线上设置有多个波浪形结构，多个所述宽带线与多个波浪形结构依次交错分布，且所述宽带线并联设置于相邻窄带线上的相邻波浪形结构之间。

5、其中，通过激光蚀刻的方式直接在基板上加工形成起到电感作用的窄带线和多个起到电容作用的宽带线，从而形成了一体式的基板和滤波电路结构，相对于传统贴片焊接式滤波器，消除了焊点在极低温下因材料热膨胀系数差异而产生断裂或接触不良的风险，同时基板材料的一致性确保了所有蚀刻的电路结构在降温时形变协调，有效防止了应力损伤和寄生效应偏移，从而使滤波器在极低温下的电气性能与机械结构都更加稳定可靠，并因其平面化设计减小了体积，从而有利于缩小滤波器的整体体积；窄带线上设置有多个波浪形结构，通过将窄带线呈波浪形设置，在不改变窄带线长度和电感强度的前提下，能缩小窄带线的占用空间，从而能减小基板体积，以进一步缩小滤波器体积，多个所述宽带线（电容）与多个波浪形结构的窄带线（电感）依次交错分布，构成了分布式椭圆函数滤波器结构，从而引入传输零点，能实现比传统多级滤波器更陡峭的带外滚降和极佳的阻带抑制比，以提高滤波效果，为量子芯片提供更纯净的信号环境；且多个滤波单元通过两端的级联接口母头和级联接口公头依次拼装连接形成集成式模块化的多级滤波结构，从而能减小多个滤波单元的整体体积和占用空间，有利于在有限的稀释制冷机空间内实现紧凑布局。

6、优选地，所述滤波单元还包括封装外壳，所述基板固定安装于封装外壳的内部，且所述基板的背面固定安装有背板；

7、所述多级滤波结构的两端分别安装有母口接头和公口接头，所述多级滤波结构的外圈套装有防护外壳。

8、优选地，所述级联接口母头和级联接口公头分别一体化设置于封装外壳的两端，所述级联接口母头的内圈设置有内螺牙，所述级联接口公头的外圈设置有与内螺牙对应的外螺牙，相邻所述滤波单元之间能通过级联接口母头内圈的内螺牙和级联接口公头外圈的外螺牙旋转锁紧连接。

9、优选地，所述封装外壳的两端设置有能分别与级联接口母头和级联接口公头内部连通的通孔，所述级联接口公头的内部填充有定位介质，所述定位介质内定位安装有插针，所述插针的一端能穿过级联接口母头端部的通孔延伸到封装外壳的内部，所述插针的另一端能在级联接口公头和级联接口母头锁紧连接时穿过级联接口公头端部的通孔延伸到相邻的封装外壳内。

10、优选地，所述基板的两端还通过激光蚀刻设置有触点，两个所述触点分别与窄带线的两端串联连接，所述插针能在级联接口母头和级联接口公头拼装连接时将相邻基板端部的触点连接导通，以使相邻基板上的微带线连接导通。

11、优选地，所述基板采用氧化铝陶瓷材料制成，所述定位介质由pei材料制成。

12、优选地，所述级联滤波模组设置有多个，所述模块化级联滤波器还包括安装法兰，所述安装法兰的内部设置有多个与级联滤波模组一一对应的安装槽孔，多个所述级联滤波模组分别插接安装于相应相应的安装槽孔内。

13、优选地，所述安装法兰包括法兰主体和法兰端盖，所述法兰主体和法兰端盖的内部均设置有相互对应的安装槽孔，且所述法兰主体和法兰端盖的外侧端均设置有位于安装槽孔出口内的限位凸台；

14、所述法兰主体与法兰端盖之间能通过锁紧螺栓对接锁紧连接，且所述法兰主体与法兰端盖的对接端设置有螺纹孔，所述法兰端盖上设置有与螺纹孔对应的连接通孔，所述连接通孔的外侧端设置有沉头槽，所述锁紧螺栓能穿过连接通孔并与螺纹孔旋转锁紧连接，且所述锁紧螺栓的螺栓头设置于沉头槽内，并通过螺栓头将法兰端盖与法兰主体抵接锁紧。

15、优选地，所述法兰主体和法兰端盖的两端均设置有法兰定位凸台，所述法兰定位凸台上贯穿设置有法兰定位孔，所述安装法兰能通过法兰定位孔定位安装。

16、本发明公开了一种模块化级联滤波器的制备工艺，具体步骤如下：

17、基于滤波需求进行电路设计，确认基板1402和微带线的参数；

18、使用激光在基板上打孔，再超声波配合清洗剂清洗激光加工残留的粉尘和残渣；

19、在基板表面通过磁控溅射生成金属层，再通过电镀增厚在基板表面镀覆金属膜；

20、通过激光直写方式，在镀覆有金属膜的基板上进行蚀刻加工，形成作为电路结构的微带线；

21、对基板进行封装，并在基板两端分别安装上级联接口母头和级联接口公头，形成滤波单元；

22、多个所述滤波单元通过两端的级联接口母头和级联接口公头依次拼装连接形成多级滤波结构。

23、本发明具有以下有益效果：

24、1.本发明中通过激光蚀刻的方式直接在基板上加工形成起到电感作用的窄带线和多个起到电容作用的宽带线，从而形成了一体式的基板和滤波电路结构，相对于传统贴片焊接式滤波器，消除了焊点在极低温下因材料热膨胀系数差异而产生断裂或接触不良的风险，同时基板材料的一致性确保了所有蚀刻的电路结构在降温时形变协调，有效防止了应力损伤和寄生效应偏移，从而使滤波器在极低温下的电气性能与机械结构都更加稳定可靠，并因其平面化设计减小了体积，从而有利于缩小滤波器的整体体积，有利于在有限的稀释制冷机空间内实现滤波器和超导量子计算机系统的紧凑布局。

25、2.本发明中窄带线上设置有多个波浪形结构，通过将窄带线呈波浪形设置，在不改变窄带线长度和电感强度的前提下，能缩小窄带线的占用空间，从而能减小基板体积，以进一步缩小滤波器体积；且多个宽带线（电容）与多个波浪形结构的窄带线（电感）依次交错分布，构成了分布式椭圆函数滤波器结构，从而引入传输零点，能实现比传统多级滤波器更陡峭的带外滚降和极佳的阻带抑制比，以提高滤波效果，为量子芯片提供更纯净的信号环境，同时宽带线与波浪形结构的窄带线交错分布，能提高宽带线与窄带线在基板上分布的密集性，从而能进一步缩小基板和滤波器的体积，有利于在有限的稀释制冷机空间内实现滤波器和超导量子计算机系统的紧凑布局。

26、3.本发明中多个滤波单元通过两端的级联接口母头和级联接口公头依次拼装连接形成模块化的多级滤波结构，从而能减小每个多级滤波结构的整体体积和占用空间，同时，超导量子计算机系统信号传输所需的多个多级滤波结构集成设置于同一安装法兰内，从而形成集成式的信号滤波模组，以减小整个信号滤波模组的体积，从而有利于在有限的稀释制冷机空间内实现滤波器和超导量子计算机系统的紧凑布局。

27、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。