CN106299557A - 波导带通滤波器 - Google Patents

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陈珍
张少辉
韦映竹
傅文杰
鄢扬
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    • H01P1/2002—Dielectric waveguide filters

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Abstract

波导带通滤波器，涉及微波器件，本发明包括中央波导和中央波导两端的耦合输出波导，在中央波导内沿中央波导轴线设置有异向介质板，所述异向介质板为设置有周期性排列的异向介质结构单元的微波基板，所述异向介质结构单元包括内层开口环和外层开口环，内层开口环和外层开口环的开口方向相反。本发明，加工工艺简单，成本低廉。并且通过调整异向介质单元的尺寸，可以有效地改变该带通滤波器的性能，并在一定程度上减小波导的尺寸。

Description

波导带通滤波器
技术领域
本发明涉及微波器件。
背景技术
异向介质，其作为介电常数和磁导率不同时为正数的特殊电磁材料，是21世纪电磁领域的研究热点之一。电磁波在这种介质中传播时所表现出的不同于传统介质的各种逆向效应与奇异特性，为经典电磁理论开辟了崭新的研究空间。异向介质表现出天然媒质所没有的完美透镜、平板聚焦、后向波天线、超薄谐振腔等奇特特性，在微波领域有广泛的应用价值。随着无线通信相关领域的快速发展，通信设备变得越来越微型、越来越便捷，这对研发体积更小、性能更优良的微波器件带来了挑战。将异向介质应用到微波器件中，不仅可以减少微波器件的尺寸，而且能在一定程度上提高微波器件的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种开口谐振环(Split Ring Resonance‐SRR)型异向介质结构加载于波导传输线中的方案，利用异向介质的介电常数以及磁导率不同时为正的频率段，改变波导传输线的传输特性，从而形成带通滤波。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，波导带通滤波器，其特征在于，包括中央波导和中央波导两端的耦合输出波导，在中央波导内沿中央波导轴线设置有异向介质板，所述异向介质板为设置有周期性排列的异向介质结构单元的微波基板，所述异向介质结构单元包括内层开口环和外层开口环，内层开口环和外层开口环的开口方向相反。
所述内层开口环和外层开口环皆为轴对称的开口环，且内层开口环和外层开口环的对称轴重合。
所述内层开口环和外层开口环皆为轴对称的圆形开口环或者矩形开口环。所述异向介质结构单元由基板上的覆铜层刻蚀而成。所述异向介质结构单元正交排列为M行*N列的阵列，M为不小于2的自然数，N为不小于5的自然数。
本发明的有益效果是，在波导工作频段下，异向介质结构的介电常数以及磁导率的变化，可以改变波导的传输特性。在波导截止频率下实现通带，导波模式下实现阻带。利用这一特性，可以构造波导带通滤波器。本发明的异向介质，加工工艺简单，成本低廉。并且通过调整异向介质单元的尺寸，可以有效地改变该带通滤波器的性能，并在一定程度上减小波导的尺寸。
附图说明
图1为波导带通滤波器的三维结构示意图。
图2为图1的三维剖面图。
图3为图1的横截面示意图。
图4为异向介质结构的横截面示意图。
图5为图4的矩形开口谐振环结构单元示意图。
图6为圆形开口谐振环结构单元示意图。
具体实施方式
参见图1、2。
本发明包括中央波导32和中央波导两端的耦合输出波导33、34，在中央波导32内沿中央波导轴线设置有异向介质板31，所述异向介质板31为设置有周期性排列的异向介质结构单元的微波基板，所述异向介质结构单元包括内层开口环和外层开口环，内层开口环和外层开口环的开口方向相反。所述内层开口环和外层开口环皆为轴对称的开口环，且内层开口环和外层开口环的对称轴重合。
图1为本发明中异向介质结构加载波导形成带通滤波器的三维结构示意图，图2为波导带通滤波器的三维剖面图，斜纹线(阴影线)部分为剖面，依据图1、2即可确定整体结构。
在本具体实施方式中，如图2所示，将单片刻蚀有周期性排列开口谐振环的微波基板形成的异向介质结构沿波导轴线方向对称设置于波导宽边，并在波导两端连接大尺寸的耦合输出波导，由此构成波导带通滤波器。
本发明中所述微波基板采用介电常数为2.2的聚四氟乙烯介质板，所述开口谐振环结构采用导电率为5.8×107S/m的金属铜箔；所述介质板厚度以及铜箔厚度分别为1mm和0.068mm。所述开口谐振环为矩形环，且外环长度为11mm，环宽度为1.2mm，两环之间间隙为0.4mm，环开口间隙为0.4mm。所述异向介质结构(图4)表面开口谐振环结构单元沿x方向周期为12mm，沿y方向单元间距为1mm。
以上述波导带通滤波器为例，选取宽72mm，高36mm的矩形波导，将此单片刻蚀有周期性排列开口方环的微波基板沿轴线方向加载于该矩形波导宽边中央位置，波导两端连接宽86mm，高43mm的矩形波导耦合输出装置。该带通滤波器的通带频率范围为1.78～2.17GHz，该通带出现在矩形波导的截止频率以下，并在矩形波导导波模式下出现了阻带，阻带频率范围为2.5～2.8GHz。这说明采用本发明异向介质加载波导结构，可以构成带通滤波器。
本发明中图4异向介质单元尺寸是可以调整的，根据实际需要，调整该开口谐振环结构尺寸，加载于波导中，并在两端配置相应的测试装置，可以调节带通滤波器的通带以及阻带的变化范围，同时根据带通滤波器的性能，选择合适的工作模式，就可以实现带通滤波。
本发明的异向介质结构中的介质单元的材料可以是金属，也可以是由电介质构成。介质单元的形状可以是矩形(图5)的，圆形(图6)的，或者其它形状的。
本发明的波导(包括中央波导32和两端的耦合输出波导33、34)可以是矩形波导，也可以是圆波导，将异向介质结构对称加载于该波导中，根据要求选取相应的工作模式，可以实现有效的带通滤波。

Claims (6)

1.波导带通滤波器，其特征在于，包括中央波导和中央波导两端的耦合输出波导，在中央波导内沿中央波导轴线设置有异向介质板，所述异向介质板为设置有周期性排列的异向介质结构单元的微波基板，所述异向介质结构单元包括内层开口环和外层开口环，内层开口环和外层开口环的开口方向相反。
2.如权利要求1所述的波导带通滤波器，其特征在于，所述内层开口环和外层开口环皆为轴对称的开口环，且内层开口环和外层开口环的对称轴重合。
3.如权利要求1所述的波导带通滤波器，其特征在于，所述内层开口环和外层开口环皆为轴对称的圆形开口环。
4.如权利要求1所述的波导带通滤波器，其特征在于，所述内层开口环和外层开口环皆为轴对称的矩形开口环。
5.如权利要求1所述的波导带通滤波器，其特征在于，所述异向介质结构单元由基板上的覆铜层刻蚀而成。
6.如权利要求1所述的波导带通滤波器，其特征在于，所述异向介质结构单元正交排列为M*N的阵列，M为不小于2的自然数，表示行数；N为不小于5的自然数，表示列数。
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