CN103035998A - 一种谐振腔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种谐振腔，包括腔体、设置在所述腔体内的谐振子、安装在所述腔体上并伸入所述腔体内且伸入腔体内的长度可调的调谐装置，所述谐振子包括至少一块超材料，所述调谐装置位于所述腔体内的部分安装有至少一块超材料。根据本发明的技术方案，通过调节调谐装置在腔体内的长度可以改变谐振腔的谐振频率。

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。一般来说，微波谐振腔的谐振频率取决于该腔的容积，谐振腔容积越大谐振频率越低，谐振腔容积越小谐振频率越高，通过实验可知，当谐振子采用超材料时，可以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，因此，使用超材料作为谐振子有利于实现谐振腔的小型化。实际使用中通常需要对谐振腔的谐振频率进行调节，传统的调谐装置采用在谐振腔的顶部设置一个可调螺杆，通过调节螺杆深入谐振腔内的长度来对谐振频率进行调节，但是当谐振子为超材料时，运用传统的调谐装置进行调节，会对谐振腔的谐振频率产生众多不必要的干扰，从而很难满足对谐振频率的进行调节的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种当谐振子采用超材料时仍能够较好调节谐振腔谐振频率的谐振腔。

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、设置在所述腔体内的谐振子、安装在所述腔体上并伸入所述腔体内且伸入腔体内的长度可调的调谐装置，所述谐振子包括至少一块超材料，所述调谐装置位于所述腔体内的部分安装有至少一块超材料。

在本发明的优选实施方式中，所述调谐装置包括穿过所述腔体顶部且进入所述腔体内的滑杆、固定在所述腔体顶部的螺帽、与螺帽配合用于固定滑杆高度的螺栓、固定在所述滑杆上的支架和固定在支架上的超材料。

在本发明的优选实施方式中，所述超材料包括至少一个材料片层，其中，每个所述材料片层包括一个基板和附着在所述基板上的至少一个人造微结构；或者每个材料片层包括两个基板和夹在所述两个基板中间的至少一个人造微结构。

在本发明的优选实施方式中，所述调谐装置位于所述谐振子的上方。

在本发明的优选实施方式中，所述谐振腔还包括位于腔体内用于支撑所述谐振子的支座。

在本发明的优选实施方式中，所述支座由微波透波材料制成。

在本发明的优选实施方式中，所述调谐装置上的超材料与谐振子的超材料依次交错放置。

在本发明的优选实施方式中，所述人造微结构包括相互正交的两个工字形结构，交点为工字形结构的中点。

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：当谐振子采用超材料时，根据本发明的技术方案，通过在谐振腔的调谐装置上安装超材料，调节调谐装置深入谐振腔的长度可以较好地调节谐振腔的谐振频率。

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是实施例中谐振腔的结构示意图；

图2是图1中谐振腔的示意图；

图3是图1中谐振腔的调谐装置处于位置一时的结构示意图；

图4是图1中谐振腔的调谐装置处于位置二时的结构示意图；

图5是图1中超材料内的人造微结构的排布示意图。

图6至图19是人造微结构的可能结构示意图。

具体实施方式

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内由超材料制成的谐振子2、安装在所述腔体1上并深入所述腔体1且深入腔体1内的长度可调的调谐装置，调谐装置包括穿过所述腔体顶部且进入所述腔体内的滑杆3、固定在腔体1顶部的螺帽8、装配在所述螺帽8中且垂直地抵在所述滑杆3外表面上的螺栓5、位于腔体1内且固定在滑杆3上的支架4和固定在支架4上的超材料6，还包括位于腔体1底部用于支撑谐振子2的支座7。

谐振子2包括两块超材料，每块超材料包括一个超材料片层，每个超材料片层包括两个基板和夹在基板中间的3×5阵列排布的人造微结构，人造微结构的排布如图5所示；固定在支架4上的超材料6包括三块超材料，每块超材料包括一个超材料片层，每个超材料片层包括两个基板和夹在基板中的3×5阵列排布的人造微结构；其中，人造微结构包括相互正交的两个工字形结构，交点为工字形结构的中点。调节滑杆3的垂直位置，通过旋紧螺栓5将滑杆3固定住可以改变调谐装置伸入腔体内的长度，图2至图4分别对应了滑杆3位于不同位置时谐振腔的结构示意图。

在本实施例中谐振腔内部的尺寸为20毫米×20毫米×20毫米，超材料片层的尺寸为9毫米×15毫米，谐振子2的两块超材料和固定在支架4上的三块超材料依次交错排布，支架4和支座7的厚度分别为0.5毫米，调节滑杆的垂直位置如图3所示时，支架4与支座7之间的距离为15毫米，仿真结果显示此时谐振腔对应的谐振频率为2.161GHz；调节滑杆的垂直位置如图4所示时，支架4与支座7之间的距离为12毫米，此时仿真结果显示谐振腔对应的谐振频率为1.761GHz；由上述仿真结果可知，该结构的谐振腔可以对谐振腔的谐振频率进行较好的调节。

该实施例中每个超材料片层的基板选用陶瓷材料，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。该结构只是示意性的，人造微结构的具体结构不局限于上述结构，其还可以为图6至图19所示的结构或者其他几何形状。

超材料不限于具有一个超材料片层，可以为多个材料片层，每个超材料片层可以包括两个基板，人造微结构夹在基板之间；每个超材料片层也可以为单层基板，人造微结构附着在基板上；相邻超材料片层和相邻基板之间填充可连接两者的物质例如液态基板原料，其在固化后将相邻基板粘合固定在一起，从而使多个材料片层及同一材料片层中的相邻基板构成一个整体。

本实施例中用于支撑谐振子的支座7采用泡沫制成，需要说明的是，支座7也可以由其他具有低介电常数和低损耗的微波透波材料制成，比如无机材料、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，比如与腔体相连且可以调节其深入腔体内长度的调谐装置不限于滑杆、螺帽和螺栓的结构，也可以是其他机械结构，只要满足通过对其进行调节可以改变安装在调谐装置上的超材料深入腔体的深度即可，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、设置在所述腔体内的谐振子、安装在所述腔体上并伸入所述腔体内且伸入腔体内的长度可调的调谐装置，所述谐振子包括至少一块超材料，其特征在于，所述调谐装置位于所述腔体内的部分安装有至少一块超材料。

2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述调谐装置包括穿过所述腔体顶部且进入所述腔体内的滑杆、固定在所述腔体顶部的螺帽、与螺帽配合用于固定滑杆高度的螺栓、固定在所述滑杆上的支架和固定在支架上的超材料。

3.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述超材料包括至少一个材料片层，其中，每个所述材料片层包括一个基板和附着在所述基板上的至少一个人造微结构；或者每个材料片层包括两个基板和夹在所述两个基板中间的至少一个人造微结构。

4.根据权利要求3所述的谐振腔，其特征在于，所述调谐装置位于所述谐振子的上方。

5.根据权利要求3所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振腔还包括位于腔体内用于支撑所述谐振子的支座。

6.根据权利要求5所述的谐振腔，其特征在于，所述支座由具有低介电常数和低损耗的微波透波材料制成。

7.根据权利要求3所述的谐振腔，其特征在于，所述调谐装置上的超材料与谐振子的超材料依次交错放置。

8.根据权利要求3所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构包括相互正交的两个工字形结构，交点为工字形结构的中点。

9.根据权利要求3至8任一所述的谐振腔，其特征在于，所述基板为陶瓷材料。

10.根据权利要求3至8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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