CN103000980B - 一种谐振腔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种谐振腔，包括腔体和分别安装在所述腔体两侧侧壁上的输入端、输出端，所述腔体内还放置有至少一个超材料片层，每个超材料片层包括非金属的基板和附着在基板上的人造微结构，所述人造微结构为由导电材料的丝线组成的具有几何图形的结构，每个所述超材料片层的两侧边缘上所附着的人造微结构分别与输入端和输出端之间通过金属短路连接。采用本发明，能利用单个谐振腔实现带阻滤波器的功能。

Description

一种谐振腔
技术领域
本发明涉及电磁通信领域，更具体地说，涉及一种谐振腔。
背景技术
在微波器件中，腔体滤波器是很重要的一种器件。腔体滤波器是由几个形状体积均相同的微波谐振腔相互耦合而组成的，每个谐振腔具有一个特定形状的由导电壁(或导磁壁)包围的腔体。通常，一个谐振腔具有固定的谐振频率，通过将具有不同谐振频率的多个谐振腔连在一起组成一个滤波器，使其具有一定宽度的带宽。这样就使得滤波器要实现一定带宽的带通或带阻，就需要具备多个谐振腔，造成体积大的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能实现带阻滤波器功能的谐振腔。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种谐振腔，包括腔体和分别安装在所述腔体两侧侧壁上的输入端、输出端，所述腔体内还放置有至少一个超材料片层，每个超材料片层包括非金属的基板和附着在基板上的人造微结构，所述人造微结构为由导电材料的丝线组成的具有几何图形的结构，每个所述超材料片层的两侧边缘上所附着的人造微结构分别与输入端和输出端之间通过金属短路连接。
在本发明所述的谐振腔中，所述人造微结构有多个，多个人造微结构在所述基板表面上成矩形阵列排布。
在本发明所述的谐振腔中，所述超材料片层有多个，多个超材料片层沿垂直于其表面的方向层叠成一体。
在本发明所述的谐振腔中，所述金属成片状，两侧边缘分别与人造微结构和输入端或输出端接触。
在本发明所述的谐振腔中，所述人造微结构和输入端、输出端端部均由导电材料制成。
在本发明所述的谐振腔中，所述人造微结构为各向同性结构，其具有四个支路，任一支路绕一旋转中心旋转90度后与相邻支路重合。
在本发明所述的谐振腔中，所述支路为T字形或者其衍生形。
在本发明所述的谐振腔中，所述支路为蛇形或者螺旋形。
在本发明所述的谐振腔中，所述支路为T字形、蛇形和螺旋形中二者或三者的混合形状。
在本发明所述的谐振腔中，所述人造微结构为各向异性结构。
实施本发明的谐振腔，能够利用单个谐振腔即实现带阻滤波器的功能。
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是本发明优选实施例的谐振腔的结构示意图；
图2是图1所示谐振腔倒放时的透视图；
图3是图2所示谐振腔的局部A的放大图；
图4是图2所示谐振腔透视的左视图；
图5是图1至3所示谐振腔的仿真效果图；
图6是人造微结构为工字形的衍生形时的结构示意图；
图7是人造微结构的四个支路为T字形的衍生形时的结构示意图；
图8是人造微结构的四个支路为蛇形时的结构示意图；
图9是人造微结构的四个支路为螺旋形时的结构示意图；
图10是人造微结构为各向异性的螺旋形时的结构示意图；
图11是人造微结构为另一各向异性的螺旋形时的结构示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种谐振腔，如图1所示，与常规谐振腔一样，其包括腔体1、安装在腔体1两侧侧壁上的输入端3和输出端4，腔体1内部为近似于立方体的空腔，其一端开口，开口面用腔盖2密封。本发明的创新点在于，在腔体1内设置有超材料片层5和连接超材料片层5与输入端3、输出端4的金属片8，从而实现带阻滤波器的效果。
如图2、图3、图4所示，超材料片层5至少有一个，当有多个时，则通过机械连接或者粘接等方式将多个超材料片层5沿垂直于片层表面的方向叠成一体。每个超材料片层5包括基板6和附着在基板6上的至少一个人造微结构7。其中，基板6通常由非金属材料制成，如聚四氟乙烯、环氧树脂、FR-4材料、陶瓷、铁电材料、铁磁材料、SiO2等。由于其厚度通常远小于其长或宽，因此呈片状。人造微结构7附着在片状基板6表面上，当人造微结构7有多个时，通常呈周期性排布在基板6上，例如环形阵列排布或者矩形阵列排布，优选为矩形阵列排布，如图2所示。人造微结构7是由导电材料的丝线组成的具有几何图形的结构，其尺寸为将要响应的电磁波波长的五分之一以内，优选为不大于十分之一。这里的导电材料通常为金属如银、铜，也可以是其他可以导电的材料例如ITO(铟锡氧化物)、石墨、碳纳米管等。
人造微结构7的几何图形可以有多种形式，图2所示的为两个相同的“工”字形结构正交且交点为二者中间连线的中点组成的结构，其可以看做是由一个T字形以其竖线末端点为旋转中心分别旋转90度、180度和270度从而得到四个相同的支路、由这四个支路构成的结构。凡是具有这种结构特性的人造微结构7，均属于各向同性人造微结构7，即其具有四个支路，任一支路绕一旋转中心旋转90度后与相邻支路重合。
各向同性的人造微结构7还有很多形式，如图7、图8、图9所示。图7所示的人造微结构7的每个支路为T字形的衍生形，其在T字形的横线两端连接有其他结构，本实施例中为连接有一工字形结构，当然还可连接其他任意形状如圆环、曲线、向旋转中心延伸的折线等。图8所示的人造微结构7，其每个支路为蛇形，即为一线段往复弯折而成，显然，支路也可以为蛇形的衍生形，即在蛇形支路的末端连接线段、曲线等。图9示出的人造微结构7，各支路为螺旋形，即一点绕圈的同时还自里向外位移所形成的轨迹，本示例中为三角形螺旋，也可以为矩形螺旋或圆形螺旋，同样，螺旋形的末端也可衍生连接有线段、曲线等。需要说明的是，每个支路也可以是T字形、蛇形和螺旋形中二者或三者的组合，当然，实际上，每个支路可以为任意形状，只要其由四个相同的支路构成，且符合各向同性的特征即可。
不满足各向同性特征的人造微结构7即为各向异性人造微结构7，在本发明中也是适用的。例如图6所示的由一个大工字形和在大工字形的四个端点连接的四个小工字形所构成的结构，即为各向异性。图10、图11所示的为两种螺旋形各向异性结构，这样的人造微结构7也可用在本发明中。
需要说明的是，上述图6至图11的几何图形均是由丝线组成的，即每条线代表导电材料丝线，而丝线是具有一定线宽和厚度的，图中没有示出。
在腔体1内放置超材料的同时，如图2、图3、图4所示，每块超材料片层5的两侧边缘上均设置有金属，本实施例中金属成片状，为金属片8，金属片8可以选用任意可导电的金属材料制成，本发明中优选其材料与人造微结构7、输入端3、输出端4端部的金属材料相同，例如均为铜。金属片8用来将超材料片层5两侧边缘上的人造微结构7与输入端3/输出端4之间短路导通。为了节省材料，金属片8的厚度可以与人造微结构7的厚度相当，当然为了增强稳固性，金属片8的厚度可以相对要大一些。
为了验证才用本发明的谐振腔的使用效果，对其进行仿真，仿真参数包括：谐振腔为铜质，腔体1的内部尺寸为20mm×20mm×20mm，输入端3、输出端4伸入谐振腔内部的端部为铜杆，长度均为3.5mm，直径2mm；超材料片层5共五块，总厚度0.49mm，长、宽均为10mm，位于谐振腔内部的正中间；基板6选用FR-4材料，厚度0.4mm；人造微结构7其形状为如图2所示的四个T字形构成的各项同性结构，长、宽均为0.8mm，铜线制成，线宽0.1mm，人造微结构7以行间距1mm、列间距1mm在基板6表面按10×10矩阵进行阵列排布；金属片8为铜片，宽1.6mm，长10mm，从而与最边缘的一排人造微结构7接触，厚0.018mm。
对这样的谐振腔进行仿真，得到的仿真结果如图5所示。由图5可知，在谐振频率为4.9GHz时，S11与S21曲线的走向是一种带阻滤波器的趋势，所以这种谐振腔可以作为带阻滤波器使用。
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，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种谐振腔，包括腔体和分别安装在所述腔体两侧侧壁上的输入端、输出端，其特征在于，所述腔体内还放置有至少一个超材料片层，每个超材料片层包括非金属的基板和附着在基板上的人造微结构，所述人造微结构为由导电材料的丝线组成的具有几何图形的结构，每个所述超材料片层的两侧边缘上所附着的人造微结构分别与输入端和输出端之间通过金属短路连接，所述人造微结构的尺寸为将要响应的电磁波波长的五分之一以内，所述人造微结构在所述基板表面上成环形阵列排布或者矩形阵列排布。
2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述超材料片层有多个，多个超材料片层沿垂直于其表面的方向层叠成一体。
3.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述金属成片状，两侧边缘分别与人造微结构和输入端或输出端接触。
4.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构和输入端、输出端端部均由导电材料制成。
5.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为各向同性结构，其具有四个支路，任一支路绕一旋转中心旋转90度后与相邻支路重合。
6.根据权利要求5所述的谐振腔，其特征在于，所述支路为T字形或者其衍生形。
7.根据权利要求5所述的谐振腔，其特征在于，所述支路为蛇形或者螺旋形。
8.根据权利要求5所述的谐振腔，其特征在于，所述支路为T字形、蛇形和螺旋形中二者或三者的混合形状。
9.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为各向异性结构。
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