CN103187608A - 一种谐振腔 - Google Patents

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相互正交的两个工字形结构，交点为工字形结构的中点。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频率，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。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，所述腔体内设置有支座，所述超材料固定在所述支座上。

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，所述人造微结构还包括至少一个与所述工字形结构的中间连接线相垂直的线段、工字形结构的中间连接线与所述线段的交点为所述线段的中点。

在本发明的优选实施方式中，与所述工字形结构的中间连接线垂直的所述线段成对出现，且关于所述工字形结构的中点对称。

在本发明的优选实施方式中，每个材料片层包括两个基板，所述人造微结构夹在所述两个基板的中间。

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。

在本发明的优选实施方式中，所述基板为陶瓷材料或者聚四氟乙烯。

在本发明的优选实施方式中，所述基板为铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料。

在本发明的优选实施方式中，所述基板为SiO₂或者FR-4。

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的结构示意图；

图5至图8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、支座2和固定在支座2上的超材料3，该超材料3包括四个材料片层，每个材料片层包括两个基板和夹在两个基板之间的人造微结构，基板采用陶瓷材料，陶瓷材料的厚度采用1毫米，当然基板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制成。支座2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3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。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结构，还包括与两个工字形结构的中间连接线相交的8根线段，如图3所示，工字形结构的中间连接线与上述8根线段的垂直相交，交点为所述线段的中点；相对的两个基板虚拟地划分为12个基板单元对，每个基板单元对如图2所示，在其所包括的两个基板单元之间夹着一个如图3所示的人造微结构。

图1所示的腔体1为20毫米×20毫米×20毫米的立方体，超材料的尺寸为12毫米×16毫米×8.072毫米，通过仿真可知该谐振腔的谐振频率为2.278GHz。当在腔体1中不放置超材料，空腔对应的谐振频率为10.63GHz，当腔体1中不放置超材料只放置等体积的陶瓷块时，谐振腔的谐振频率为4.517GHz，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。

实施例二

如图4所示，与实施例一的区别是超材料片层为单层基板，每个基板虚拟地划分为12个虚拟的单元，每个单元上附着一个人造微结构，超材料的尺寸为12毫米×16毫米×4.072毫米，通过仿真可知该谐振腔的谐振频率为2.842GHz，当腔体1中不放置超材料只放置等体积的陶瓷块时，谐振腔的谐振频率为4.529GHz，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，各线段的长度可以相等也可以不等、各线段可以为直线段也可以为弧线段或者弯折线段等，比如人造微结构还可以为图5至图8所示；为了简化起见，图5至图8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 (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相互正交的两个工字形结构，交点为工字形结构的中点。

2.根据权利要求1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。

3.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述支座由微波透波材料制成。

4.根据权利要求3所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构还包括至少一个与所述工字形结构的中间连接线相垂直的线段、工字形结构的中间连接线与所述线段的交点为所述线段的中点。

5.根据权利要求4所述的谐振腔，其特征在于，与所述工字形结构的中间连接线垂直的所述线段成对出现，且关于所述工字形结构的中点对称。

6.根据权利要求1至5任一所述的谐振腔，其特征在于，每个材料片层包括两个板，所述人造微结构夹在两个基板的中间。

7.根据权利要求1至5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。

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或者聚四氟乙烯。

9.根据权利要求1至5任一所述的谐振腔，其特征在于，所述基板为铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料。

10.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SiO2或者FR-4。

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