CN102903995B - 一种谐振腔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种谐振腔，包括腔体和设置在所述腔体内的谐振子，所述谐振子包括至少一块长方体形超材料，每块所述超材料包括至少一个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在所述基板上的人造微结构，所述各块超材料中相邻两块水平方向依次旋转90度后垂直叠放在一起。根据本发明的技术方案，通过在谐振腔内改变相邻超材料的摆放位置可以降低谐振腔的谐振频率提高谐振腔的性能，有利于实现谐振腔的小型化。

Description

一种谐振腔
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地说，涉及一种谐振腔。
背景技术
谐振腔是在微波频率下工作的谐振元件，它包括一个任意形状的由导电壁(或导磁壁)包围的腔体，并能在其中形成电磁振荡的介质区域，它具有储存电磁能及选择一定频率信号的特性。表征其性能的S参数中，S11为输入反射参数即输入回波损耗，该值越小越好；S21为正向传输参数，也就是增益，该值越接近0dB越好。微波谐振腔的谐振频率取决于该腔的容积，一般来说，谐振腔容积越大谐振频率越低，谐振腔容积减小谐振频率越高，因此如何实现在不增大谐振腔尺寸的情况下降低谐振腔的谐振频率对于谐振腔的小型化具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种在不增大谐振腔尺寸的情况下可以降低谐振频率的谐振腔且该谐振腔具有较好的性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种谐振腔，包括腔体和设置在所述腔体内的谐振子，所述谐振子包括至少一块长方体形超材料，所述每块超材料包括至少一个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在所述基板上的人造微结构，所述各块超材料中相邻两块水平方向依次旋转90度后垂直叠放在一起。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构包括四个支路，任一所述支路以一点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合。
在本发明的优选实施方式中，所述四个支路共交点，所述四个支路以该交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合。
在本发明的优选实施方式中，所述腔体内设置有支座，所述谐振子固定在所述支座上，该支座由微波透波材料制成。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构的任一所述支路的一端为所述四个支路的交点、另一端为自由端连接有一线段。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构的任一所述支路的自由端与所述线段的中点相连。
在本发明的优选实施方式中，所述支路包括至少一个弯折部。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构的弯折部为直角、圆角或者尖角。
在本发明的优选实施方式中，所述基板为陶瓷材料。
在本发明的优选实施方式中，所述基板为聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料、SiO2或者FR-4制成。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：根据本发明的技术方案，通过在谐振腔内改变相邻超材料的摆放位置可以降低谐振腔的谐振频率提高谐振腔的性能，有利于实现谐振腔的小型化。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是实施例一中谐振腔的结构示意图；
图2是图1中超材料2中的一个材料片层上的人造微结构的排布示意图；
图3是图1中3块超材料的俯视图；
图4是图1中的谐振腔的S11参数的特性曲线图；
图5是图1中的谐振腔的S21参数的特性曲线图；
图6是图1谐振腔中的3块超材料水平方向不旋转时的结构示意图；
图7是图6中的谐振腔的S11参数的特性曲线图；
图8是图6中的谐振腔的S21参数的特性曲线图；
图9是实施例二中谐振腔的结构示意图；
图10至图17是人造微结构的可能结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供一种谐振腔，如图1所示，包括腔体1、设置在腔体1内的三块长方体形超材料2、3和4，超材料2包括8个材料片层，超材料3包括2个材料片层，超材料4包括2个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在基板上的人造微结构，基板选用陶瓷材料，陶瓷材料的厚度选用1毫米，当然也可以选择高分子材料、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料、SiO2或者FR-4等材料制成。人造微结构是由金属丝构成的具有一定几何形状的结构，这里金属丝使用铜线，选择铜线的横截面为长方形，横截面的尺寸为0.1毫米×0.018毫米，其中铜线的线宽为0.1毫米，铜线的厚度为0.018毫米，当然金属线也可以使用银线等其他金属线，金属线的横截面也可以为圆柱状、扁平状或者其他形状，其尺寸也可以为其他的尺寸。在本实施例中人造微结构的结构为相互正交的两个工字形，交点位于两个工字形的中点。
图1所示的腔体1为30毫米×30毫米×30毫米的立方体，超材料2的尺寸为12毫米×18毫米×8.144毫米，超材料3的尺寸为12毫米×18毫米×2.036毫米，超材料4的尺寸为12毫米×18毫米×2.036毫米，相邻超材料水平方向依次旋转90度后垂直叠放在一起，相邻材料片层和不同超材料之间通过机械连接或者在相邻基板之间填充可连接两者的物质例如液态基板原料，其在固化后将相邻的两基板粘合，从而使多个材料片层和不同的超材料构成一个整体；如图2所示，每块基板虚拟地划分为24个单元，每个单元为3毫米×3毫米，每个单元上附着1个人造微结构；图1中的3块超材料的俯视图如图3所示，相邻超材料水平方向依次旋转90度，人造微结构包括四个共交点的T形支路，每个支路以交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合。
通过实验检测可知当腔体1内不放置超材料时，对应的空腔的谐振频率为10.63GHz；当腔体1内放置如图1所示的超材料后该谐振腔的谐振频率为2.94GHz；如图4和图5所示，在谐振点处该谐振腔对应的参数S11为-38.079dB，S21为-0.5929dB。如图6所示，当腔体1内的三块超材料2、3和4水平方向不旋转时，对应的谐振腔的谐振频率为3.029GHz，如图7和图8所示，在谐振点处该谐振腔对应的参数S11为-17.986dB，S21为-1.05dB。S11为输入反射参数即输入回波损耗，该值越小越好；S21为正向传输参数，该值越接近0dB越好。由实验结果可知通过在谐振腔内改变相邻超材料的相对摆放位置可以降低谐振腔的谐振频率提高谐振腔的性能，有利于实现谐振腔的小型化。
实施例二
本实施例如图9所示，与实施例一的区别是在腔体1内设置有支座5，位于超材料2的下面，用于支撑位于其上面的三块超材料，支座5采用泡沫制成的圆柱体结构，支座5也可以为其他结构，只要可以支撑超材料2即可，支座也可以由其他的微波透波材料制成，微波透波材料是指对波长在1～1000mm、频率在0.3～300GHz范围的电磁波的透过率大于70％的材料，可以为无机材料、高分子材料、无机/高分子复合材料或者金刚石材料等。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多变形，比如人造微结构的形状还可以为图10和图11所示，所述人造微结构包括共交点的四条支路，每条支路包括T形和与T形的中间连接线相交且被T形的中间连接线平分的至少一根线段，所述线段的长度可以相同也可以不同。人造微结构还可以为图12至图17所示，每个人造微结构包括共交点的四个支路，每条支路以交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合，每个支路包括至少一个弯折部，每个弯折部可以为直角、圆角或者尖角，每个支路的一端为四个支路的交点、另一端为自由端，自由端可以悬空也可以连接一线段与线段的中点相连。人造微结构的四个支路也可以不共交点，在平面内相对于空间中的某点依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合。为了简化起见，图10至图17中的结构都用细线来画出，实际上，上述结构都具有一定的宽度。这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种谐振腔，包括腔体和设置在所述腔体内的谐振子，其特征在于，所述谐振子包括多块长方体形超材料，每块超材料包括至少一个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在所述基板上的人造微结构，各块超材料中相邻两块水平方向依次旋转90度后垂直叠放在一起，所述腔体内设置有支座，所述谐振子固定在所述支座上，该支座由微波透波材料制成。
2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构包括四个支路，任一所述支路以一点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合。
3.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述四个支路共交点，所述四个支路以该交点为旋转中心依次顺时针旋转90度、180度和270度后分别与其他三个支路重合。
4.根据权利要求3所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构的任一所述支路的一端为所述四个支路的交点、另一端为自由端连接有一线段。
5.根据权利要求4所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构的任一所述支路的自由端与所述线段的中点相连。
6.根据权利要求2至5任一所述的谐振腔，其特征在于，所述支路包括至少一个弯折部。
7.根据权利要求6所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构的弯折部为直角、圆角或者尖角。
8.根据权利要求1至5任一所述的谐振腔，其特征在于，所述基板为陶瓷材料。
9.根据权利要求1至5任一所述的谐振腔，其特征在于，所述基板为聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料、SiO2或者FR-4制成。
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