CN102903997B - 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，和设置在腔体内的谐振子，所述谐振子为超材料，该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至少一个人造微结构，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，所述人造微结构还包括四个相对于一点旋转对称的工字形结构或者工字形结构的衍生结构。根据本发明的技术方案，通过在谐振腔内设置超材料可以降低谐振腔的谐振频率，有利于实现谐振腔的小型化。
Description
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。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。
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，和设置在腔体内的谐振子，所述谐振子为超材料，该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至少一个人造微结构，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，所述人造微结构还包括四个相对于一点旋转对称的工字形结构或者工字形结构的衍生结构。
在本发明的优选实施方式中，所述四个支路共交点，任一所述支路以及任一所述工字形结构以所述四个支路的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以及其他三个工字形结构或者工字形结构的衍生结构重合。
在本发明的优选实施方式中，所述支路为T形结构，所述四个支路构成相互正交的两个工字形结构，交点为工字形结构的中点；人造微结构还包括四个工字形结构，所述四个工字形结构的中间连接线分别与所述四个支路形成的工字形结构的中间连接线的延长线在同一直线上。
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，所述各支路中远离旋转中心的一端连接有一线段。
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中连接所述线段的一端与所述线段的中点相连。
在本发明的优选实施方式中，所述腔体内设置有支座，所述超材料固定在所述支座上，该支座由微波透波材料制成。
在本发明的优选实施方式中，每个材料片层的所述基板为双基板，所述人造微结构位于双基板的中间。
在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构由铜线或者银线制成；所述基板为陶瓷材料、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，通过在谐振腔内设置超材料可以降低谐振腔的谐振频率，有利于改善谐振腔的性能和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中双基板单元与夹在双基板单元之间的人造微结构的示意图；
图3是图1中的人造微结构的示意图；
图4是实施例二中的谐振腔中的双基板单元与夹在双基板单元之间的人造微结构的示意图；
图5是图4中的人造微结构的示意图；
图6至图14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、超材料2和支座3，超材料2固定在支座3上，该超材料包括六个材料片层，每个材料片层包括双基板和夹在两个基板之间的两个人造微结构；人造微结构可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等方式附着于基板上；每两块材料片层以及相邻的基板之间通过一定的封装工艺例如焊接、铆接、粘接等方式制成为一个整体或者通过填充可连接二者的物质例如液态基板原料，其在固化后将相邻的两个材料片层以及相邻的基板粘合，从而使多个材料片层构成一个整体。该实施例中每个材料片层包括两个材料单元，每个材料单元如图2所示包括双基板单元和夹在双基板单元之间的人造微结构；人造微结构如图3所示。基板采用陶瓷材料，陶瓷材料的厚度采用1毫米，当然也可以选择高分子材料、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料等。支座3采用泡沫制成的长方体形结构，支座3也可以为其他结构，只要可以固定超材料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。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。本实施例中的人造微结构如图3所示，包括共交点的四个支路还包括分布在四个支路周围的四个工字形结构，任一支路以及一个工字形结构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和其他三个工字形结构重合。
图1所示的腔体1的尺寸为20毫米×20毫米×20毫米，超材料的尺寸为4毫米×8毫米×12.108毫米，通过仿真可知该谐振腔的谐振频率为1.986GHz。当在腔体1中不放置超材料，空腔对应的谐振频率为10.63GHz；当在腔体1中放置于与超材料相同尺寸大小的金属铜时，谐振腔的谐振频率为4.526GHz；由仿真结果可知放置超材料后谐振腔的谐振频率降低比较显著，因此通过在腔体中放置超材料有利于谐振腔的小型化。
实施例二
与实施例一的区别是人造微结构的形状不同，如图4所示，每个材料单元包括双基板单元和夹在双基板单元之间的人造微结构，人造微结构如图5所示，包括T形结构的四条支路，该四条支路构成相互正交的两个工字形结构，交点为工字形结构的中点，还包括相对于上述交点旋转对称的四个工字形结构，这四个工字形结构的中间连接线分别与上述四条支路形成的工字形结构的中间连接线的延长线在同一直线上。通过仿真可知谐振腔的谐振频率为1.884GHz，由仿真结果可知放置超材料后谐振腔的谐振频率降低比较显著，因此通过在在腔体中放置超材料有利于谐振腔的小型化。
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，比如人造微结构的四个支路可以相交也可以不相交，四个支路中的弯折部可以为圆角或者尖角，远离旋转中心的一端可以连接线段也可以不连接线段，其结构可以为图6至图10所示；四个支路的四周可以为工字形也可以为工字形的衍生结构，如图11至图14所示、为了简化起见，图6至图14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；每个材料片层中的基板可以是双基板也可以为单基板，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种谐振腔，包括腔体，和设置在腔体内的谐振子，其特征在于，所述谐振子为超材料，该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至少一个人造微结构，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，所述四个支路构成相互正交的两个工字形结构，交点为所述工字形结构的中点，所述人造微结构还包括四个相对于所述交点旋转对称的工字形结构或者工字形结构的衍生结构，所述工字形结构或者工字形结构的衍生结构分布在所述支路的外侧，所述四个支路中的每一个均为T形结构。
2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述四个支路共交点，任一所述支路以及任一所述工字形结构或者工字形结构的衍生结构以所述四个支路的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以及其他三个工字形结构或者工字形结构的衍生结构重合。
3.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，人造微结构还包括四个工字形结构，所述四个工字形结构的中间连接线分别与所述四个支路形成的工字形结构的中间连接线的延长线在同一直线上。
4.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述支路包括至少一个弯折部。
5.根据权利要求4所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构的弯折部为直角、圆角或者尖角。
6.根据权利要求4所述的谐振腔，其特征在于，所述各支路中远离旋转中心的一端连接有一线段。
7.根据权利要求6所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构的任一所述支路中连接所述线段的一端与所述线段的中点相连。
8.根据权利要求1至7任一所述的谐振腔，其特征在于，所述腔体内设置有支座，所述超材料固定在所述支座上，该支座由微波透波材料制成。
9.根据权利要求1至7任一所述的谐振腔，其特征在于，每个材料片层的所述基板为双基板，所述人造微结构位于双基板的中间。
10.根据权利要求1至7任一所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构由铜线或者银线制成；所述基板为陶瓷材料、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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