CN103715486B - 对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器及方法。GGG基底的两端分别通过压电相与另外一个GGG基底的两端相连，GGG基底上生长有铁磁相薄膜，采用镀膜技术在铁磁相薄膜的上表面中间作出金属微带线，两个GGG基底平行相对布置；压电相的上下两个表面分别镀有金属薄膜；二条金属微带线具有四个端口，其中一侧的一个端口为输入端口，另外一侧的二个端口为输出端口。本发明不仅克服了传统滤波器在工作频段上的不可调性以及传统磁可调微波器件损耗大，响应时间长等缺点，并且在此基础上通过使用多端口加入了带通和带阻的功能可选择性，克服了器件使用中带阻和带通性能单一的特点，可更广泛和灵活地应用到无线通信中。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有两种独立性能的小型化磁电可调微波滤波器，特别涉及了一种对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器及方法。
背景技术
随着无线通信行业的迅猛发展与进步，业界对微波滤波器的小型化和多功能化有了更高的要求。
近年来，引入压电材料，结合铁氧体材料进行滤波器的设计，不仅可以实现器件的小型化，还可以通过调节外加磁场和电场改变器件工作频段从而实现器件的多功能化，因而成为新型器件设计的热点。利用铁氧体介质相对高的介电常数可以有效地减小微波滤波器的尺寸；利用铁氧体介质在外加偏置磁场的条件下，会发生铁磁共振效应，对传输线中能量的变化产生影响，从而影响滤波器原有性能的特点可以有效地提高器件的灵活性；同时，由于压电材料在电场作用下会产生形变从而牵动相连的铁磁相薄膜形变，即将其所产生的影响等效为对铁磁相薄膜施加一个磁场，那么改变外加电场的强度即可实现滤波器工作频段的漂移。但现有滤波器，滤波性能普遍单一，即当器件成型，其滤波性能也就固定了，没有办法更为灵活地应用在实际中。
发明内容
本发明的目的是克服传统微波滤波器滤波性能单一，提供对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器及方法。
对称型功能可选性空间平行耦合磁电可调微波滤波器，它包括二个压电相，二个铁磁相薄膜，二个GGG基底以及二条金属微带线；
GGG基底的两端分别通过压电相与另外一个GGG基底的两端相连，所述的GGG基底上生长有铁磁相薄膜，采用镀膜技术在铁磁相薄膜的上表面中间作出金属微带线，所述的两个GGG基底平行相对布置；所述的压电相的上下两个表面分别镀有金属薄膜；所述的二条金属微带线具有四个端口，其中一侧的一个端口为输入端口，另外一侧的二个端口为输出端口。
所述的压电相，通过环氧树脂胶与铁磁相薄膜粘合。
所述的金属薄膜为银膜，压电相采用PZT材料，铁磁相薄膜采用YIG薄膜材料。
当选择在同一条金属微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，所述的磁电可调微波滤波器具有带阻性能；当选择不在同一条金属微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，所述的磁电可调微波滤波器具有带通性能。
一种所述的微波滤波器的功能选择和磁电调节方法，向所述的磁电可调微波滤波器施加外部偏置磁场时，铁磁相薄膜会发生铁磁共振效应，当选择在同一条微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，铁磁相薄膜从端口所在的金属微带线中吸收能量，频段能量被吸收因而器件具有带阻性能，而当选择在不同微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，铁磁相薄膜从输入端所在的金属微带线上吸收频段的能量，能量通过铁磁相薄膜和压电相与输出端所在的金属微带线耦合并输出此频段信号，故而滤波器具有带通性能；通过调节偏置磁场的强度，从而实现对不同的工作频率范围或者频点G赫兹数量级的粗调；在压电相两个表面的金属薄膜上施加外部电压，通过两个金属薄膜之间的电容效应，产生均匀的电场，通过所述电场，导致压电相产生形变从而牵动铁磁相薄膜形变，即将产生的影响等效为对铁磁相薄膜施加一个磁场，那么改变外加电场的强度即可实现滤波器工作频率在兆赫兹数量级的精确调节；通过改变电压的正负方向，实现所述滤波器工作频率的左右偏移。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
首先本发明采用了压电相PZT和铁磁相薄膜YIG，存在高介电常数和高磁导率的优点，并且本发明采用了铁磁相薄膜YIG所生长的GGG基底作为滤波器的基底，简化了结构，有益于实现滤波器的小型化。本发明选取不同的端口可使滤波器产生带阻和带通不同的滤波性能，并且通过调节施加的偏置磁场的强度，实现对微波滤波器工作频率的粗调。通过改变施加在压电相上下两个表面金属薄膜上的外部电压可以实现工作频率的精确调节。选择不同端口所产生的滤波性能之间，以及磁场调节和电场调节之间工作独立，不会相互干扰。本发明不仅克服了传统微波器件工作频段不可调或可调工作频带单一的缺点，传统磁可调微波器件工作时损耗大，响应时间长等缺点，以及传统磁电可调滤波器性能单一等缺点，在实现磁电场可调谐工作频段的基础上，将带阻和带通两种性能的滤波器合为一体，提高了器件的灵活性以及多功能可用性，更适合无线通信中有关频段可调方面的应用，具有很大的创新性，在我国的移动以及卫星通信等领域有很大的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器结构示意图；
图2是对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器剖视图；
图3是对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器带阻性能下的磁场可调性能图；
图4是对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器带阻性能下的电场可调性能图；
图5是对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器带通性能下的磁场可调性能图；
图6是对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器带通性能下的电场可调性能图；
图中，金属薄膜1，压电相2，铁磁相薄膜3，GGG基底4，金属微带线5。
具体实施方式
如图1、2所示，一种对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器，它包括2个压电相2，2个铁磁相薄膜3，GGG基底4以及金属微带线5；GGG基底4的两端分别通过压电相2与另外一个GGG基底4的两端相连，所述的GGG基底4上生长有铁磁相薄膜3，采用镀膜技术在铁磁相薄膜3的上表面中间作出金属微带线5，所述的两个GGG基底4平行相对布置；所述的压电相2的上下两个表面分别镀有金属薄膜1；所述的2条金属微带线5具有4个端口，其中一侧的一个端口为输入端口，另外一侧的2个端口为输出端口。整个结构以基底长度方向的中心线相互对称。
所述的压电相2，通过环氧树脂胶与铁磁相薄膜3粘合。
所述的金属薄膜1为银膜，压电相2采用PZT材料，铁磁相薄膜3采用YIG薄膜材料。
当选择在同一条金属微带线5上的两个端口分别作为输入、输出端时，所述的磁电可调微波滤波器具有带阻性能；当选择不在同一条金属微带线5上的两个端口分别作为输入、输出端时，所述的磁电可调微波滤波器具有带通性能。
一种对称型功能可选性空间平行耦合磁电可调微波滤波器的功能选择和磁电调节方法，向所述的磁电可调微波滤波器施加外部偏置磁场时，铁磁相薄膜3会发生铁磁共振效应，当选择在同一条微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，铁磁相薄膜3从端口所在的金属微带线5中吸收能量，某一频段能量被吸收因而器件具有带阻性能，而当选择在不同微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，铁磁相薄膜3从输入端所在的金属微带线5上吸收某一频段的能量，能量通过铁磁相薄膜3和压电相2与输出端所在的金属微带线5耦合并输出此频段信号，故而滤波器具有带通性能；通过调节偏置磁场的强度，从而实现对不同的工作频率范围或者频点G赫兹数量级的粗调；在压电相2两个表面的金属薄膜1上施加外部电压，通过两个金属薄膜1之间的电容效应，产生均匀的电场，通过所述电场，导致压电相2产生形变从而牵动铁磁相薄膜3形变，即将产生的影响等效为对铁磁相薄膜3施加一个磁场，那么改变外加电场的强度即可实现滤波器工作频率在兆赫兹数量级的精确调节；通过改变电压的正负方向，可以实现所述滤波器工作频率的左右偏移。
实施例
对称型功能可选性空间平行耦合磁电可调微波滤波器如图1、2所示，采用的GGG基底的尺寸为3mm×6mm×0.4mm，其表面生长的YIG层的尺寸为2.5mm×6mm×0.1mm。压电相和铁磁相薄膜分别选择PZT和YIG两种材料，PZT的尺寸为0.5275mm×3mm×0.1mm，两层之间通过环氧树脂粘合。同时，在PZT层的上下两个表面分别镀上一层银薄膜，银薄膜的尺寸为：0.5275mm×3mm×0.05mm。在GGG上的YIG薄膜上表面的中间，通过采用镀膜技术在作出金属微带线用做信号的传输线。
对称型功能可选性空间平行耦合磁电可调微波滤波器工作时，如图1所示的实例，微波信号从端口1输入。当选取与端口1在同条微带线上的端口2作为输出端，本发明所述的滤波器在磁场下的可调谐性如图3所示：滤波器呈现-5dB带宽约为130MHz的带阻性能，其插入损耗最大均可达到-18dB左右；通过分别施加三个不同强度的磁场H=1500Oe、H=1600Oe、H=1700Oe，阻带性能曲线产生了漂移，每100Oe外加磁场的改变导致工作频段漂移近77MHz~92MHz，实现了对滤波器带阻工作频段的粗调。由于施加电场对滤波器进行电调所产生的影响可以等效为对其施加了磁场的效果，因此其性能随电场强度增减时的偏移趋势应与磁可调时大致相同，在电场下的可调谐性示意图如图4所示：保持1650Oe大小不变的情况下，改变外加电场的强度和方向，滤波器呈现-5dB带宽约为135MHz带阻性能，且其插入损耗最大亦可达到-17dB左右；通过改变外加电场的强度和方向，滤波器的带阻工作频段在施加1650Oe磁场时对应的频段附近产生了漂移，每5kV/cm电场的改变使工作频段漂移约45MHz~50MHz，实现了对滤波器带阻工作频段的精调。当选取与端口1在不同微带线上的端口3作为输出端，随着外加磁场的变化，滤波器的工作性能及变化如图5所示：信号从端口3输出，滤波器呈现-5dB带宽约为525MHz~625MHz左右的带通性能；当施加三个不同强度的磁场H=1000Oe、H=1100Oe、H=1200Oe，性能曲线会随磁场变化产生漂移，每100Oe外加磁场的改变导致工作频段移动约225MHz~250MHz，实现了通带工作频段的粗调；在电场调节下，如图6所示：保持外加磁场1150Oe大小不变，滤波器呈现-5dB带宽约为555MHz~600MHz左右的带通性能；外加电场的强度和方向改变，滤波器的带阻工作频段在施加1150Oe磁场时对应的频段附近产生了漂移，每5kV/cm电场的改变调节工作频段偏移约123MHz，实现了对滤波器带通工作频段的精调。
Claims (5)
1.一种对称型功能可选空间平行耦合磁电可调微波滤波器，其特征在于，它包括二个压电相，二个铁磁相薄膜，二个GGG基底以及二条金属微带线；
GGG基底的两端分别通过压电相与另外一个GGG基底的两端相连，所述的GGG基底上生长有铁磁相薄膜，采用镀膜技术在铁磁相薄膜的上表面中间作出金属微带线，所述的两个GGG基底平行相对布置；所述的压电相的上下两个表面分别镀有金属薄膜；所述的二条金属微带线具有四个端口，其中一侧的一个端口为输入端口，另外一侧的二个端口为输出端口。
2.根据权利要求1所述的微波滤波器，其特征在于，所述的压电相，通过环氧树脂胶与铁磁相薄膜粘合。
3.根据权利要求1所述的微波滤波器，其特征在于，所述的金属薄膜为银膜，压电相采用PZT材料，铁磁相薄膜采用YIG薄膜材料。
4.根据权利要求1所述的微波滤波器，其特征在于，当选择在同一条金属微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，所述的磁电可调微波滤波器具有带阻性能；当选择不在同一条金属微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，所述的磁电可调微波滤波器具有带通性能。
5.一种根据权利要求1所述的微波滤波器的功能选择和磁电调节方法，其特征在于，向所述的磁电可调微波滤波器施加外部偏置磁场时，铁磁相薄膜会发生铁磁共振效应，当选择在同一条微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，铁磁相薄膜从端口所在的金属微带线中吸收能量，铁磁共振频段能量被吸收因而器件具有带阻性能，而当选择在不同微带线上的两个端口分别作为输入、输出端时，铁磁相薄膜从输入端所在的金属微带线上吸收铁磁共振频段的能量，能量通过铁磁相薄膜和压电相输出端所在的金属微带线耦合并输出此频段信号，故而滤波器具有带通性能；通过调节偏置磁场的强度，从而实现对不同的工作频率范围或者频点G赫兹数量级的粗调；在压电相两个表面的金属薄膜上施加外部电压，通过两个金属薄膜之间的电容效应，产生均匀的电场，通过所述电场，导致压电相产生形变从而牵动铁磁相薄膜形变，即将产生的影响等效为对铁磁相薄膜施加一个磁场，那么改变外加电场的强度即可实现滤波器工作频率在兆赫兹数量级的精确调节；通过改变电压的正负方向，实现所述滤波器工作频率的左右偏移。
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