CN201936977U - 磁电双可调的微波双带阻滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种磁电双可调的微波双带阻滤波器，在绝缘基底上表面上沿绝缘基底的长度方向由绝缘基底一端到另一端粘合有金属导带，金属导带与绝缘基底长度相同；金属导带呈“工”字型，金属导带两端的端部沿厚度方向的横截面呈正方形，金属导带的中间部分沿金属导带长度方向的中心线与两个端部沿金属导带长度方向的中心线重合；在中间部分上表面上间隔地并排粘合有两个磁电层合结构单元，磁电层合结构单元由下至上依次粘合有石榴石基底、铁磁体、第一金属电极、压电体、第二金属电极；在金属导带的两侧并排地置有第一对电磁铁和第二对电磁铁，其中一个磁电层合结构单元置于第一对电磁铁磁场内，另一个磁电层合结构单元置于第二对电磁铁磁场内。

Description

磁电双可调的微波双带阻滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种多频带可调微波器件，特别涉及一种磁电双可调的微波双带阻滤波器。

背景技术

微波双带阻滤波器作为一种用来隔离不同微波频率信号的器件，可以同时工作在两个不同的微波频段。随着无线通信技术的快速发展，不同的用户群体在2-40GHz频段内对无线通信网络同时有着不同的应用需求，比如对于无线通信技术中的无线局域网(WLAN)，即要求必须同时服务于2.45GHz以及5GHz。磁电复合结构作为近几年兴起的电子信息功能材料，其同时具有磁控电和电控磁性能，能使微波器件实现高效、稳定、独立的磁电双可调特性。

目前，已知的磁电微波滤波器国际上主要为G.Srinivasan等人的耦合带结构，但是该结构主要实现6.6GHz-6.85GHz内的带通功能，且仅可实现单一频带内的调节。Carl Pettiford等人利用嵌入式反向GGG/YIG/PZT结构制作了电可调微波带阻滤波器，但是该结构的通带性能参数仅-10dB，远低于-3dB的标准，且该结构也仅能实现单一频带内的调节。C.S.Tsai等人仅利用YIG/GGG二层结构在偏磁场下的铁磁共振(FMR)效应制作了通带接近1GHz的带通滤波器，但是，由于缺少压电相结构，其无法实现小范围内的精确电可调特性，同时，单纯的磁可调特性存在器件损耗大、响应时间慢、工作时会产生巨大的噪声、误差偏大等缺点。因此现有的微波带阻滤波器普遍存在工作频段不可调或可调工作频带单一、损耗大，且无法实现小范围内精确调节等不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种磁电双可调的微波双带阻滤波器。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：该磁电双可调的微波双带阻滤波器包括绝缘基底；在所述绝缘基底的上表面上，沿绝缘基底的长度方向由绝缘基底的一端到另一端粘合有金属导带，所述金属导带与绝缘基底的长度相同；所述金属导带呈“工”字型，所述金属导带两端的端部沿厚度方向的横截面呈正方形，所述金属导带的中间部分沿金属导带长度方向的中心线与所述两个端部沿金属导带长度方向的中心线重合；在所述中间部分的上表面上间隔地并排粘合有两个磁电层合结构单元，所述磁电层合结构单元由下至上依次粘合有石榴石基底、铁磁体、第一金属电极、压电体、第二金属电极；在所述金属导带的两侧并排地置有第一对电磁铁和第二对电磁铁，其中一个所述磁电层合结构单元置于第一对电磁铁的磁场内，另一个所述磁电层合结构单元置于第二对电磁铁的磁场内。

进一步地，本实用新型所述中间部分的宽度b为所述正方形的边长a的1/10。

进一步地，本实用新型所述正方形的边长a为0.2～0.8mm，所述中间部分(22)的长度l为5～8mm。

进一步地，本实用新型所述正方形边长a为0.5mm，所述中间部分(22)的长度l为7mm。

进一步地，本实用新型所述磁电层合结构单元中的压电体替换为铁电体。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用两块磁电层合结构单元以及“工”字形金属导带结构设计微波双带阻滤波器。当第一电磁铁在第一磁电层合结构单元上施加磁场、第二电磁铁在第二磁电层合结构单元上施加磁场时，由于铁磁体的铁磁共振效应，第一磁电层合结构单元、第二磁电层合结构单元分别能在可预测频段上独立的产生一个阻带吸收峰，所述阻带吸收峰可以通过外加偏置磁场大小的改变而实现大频段范围内的磁场调节。通过第一金属电极和第二金属电极之间的电容效应，在第一磁电层合结构单元、第二磁电层合结构单元内的压电体(或铁电体)上会产生近似均匀的电场，通过所述电场，在第一磁电层合结构单元、第二磁电层合结构单元内能分别在由磁场产生的阻带吸收峰上实现小频段范围内精确的电场调节。磁场调节和电场调节之间工作独立，不会相互干扰。本实用新型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，无法小频段范围内的精确调节等缺点，适合无线通信中的多频带可调应用。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；

图1是磁电双可调微波双带阻滤波器俯视图；

图2是图1中的I-I视图；

图3是图2中的金属导带2的II-II剖视图；

图4是本实用新型磁电双可调微波双带阻滤波器在4.4-5.4GHz内双阻带独立的磁可调性偏移示意图。

图5是本实用新型磁电双可调微波双带阻滤波器在4.4-4.6GHz内单阻带上的电可调性偏移示意图。

图中，1为绝缘基底，2为金属导带，3为微波输入端口，4为微波输出端口，51为第一磁电层合结构单元，52为第二磁电层合结构单元，61为第一电磁铁，62为第二电磁铁，71为第一金属电极，72为第二金属电极，8为压电体(或铁电体)，9为铁磁体，10为石榴石基底，a为金属导带2的端部21沿厚度方向的正方形横截面边长，b为金属导带2的中间部分22的宽度，l为金属导带2的中间部分22的长度。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型磁电双可调的微波双带阻滤波器由绝缘基底1、金属导带2、第一磁电层合结构单元51，第二磁电层合结构单元52、第一电磁铁61和第二电磁铁62组成。通常绝缘基底1可以选择氧化铝、二氧化硅、陶瓷介质和ROGERS等绝缘材料，为保证交变磁场良好的传输性能，其相对介电常数最佳取值在8-12之间。如图1和图3所示，金属导带2呈“工”字型结构，可以由各种导电金属构成，通常选择使用铜、银等。图3示出的金属导带2的端部21的形状即为端部21沿厚度方向的横截面形状，由图3可知，端部21沿厚度方向的横截面呈正方形，并且，两个端部21之间的金属导带2的中间部分22沿金属导带2长度方向的中心线与两个端部21沿金属导带2长度方向的中心线重合。

如图1和图2所示，在绝缘基底1的上表面上，沿绝缘基底1的长度方向由绝缘基底1的一端到另一端粘合有金属导带2。当金属导带2与绝缘基底1的长度相同时，能很好的保证微波输入端口、输出端口与测试接头的吻合并使损耗降低到最小。第一磁电层合结构单元51和第二磁电层合结构单元52间隔地并排粘合在金属导带2上，每块磁电层合结构单元由下至上分别为石榴石基底10、铁磁体9、第一金属电极71、压电体8(或铁电体)、第二金属电极72，各层之间由环氧树脂粘合。第一对电磁铁61和第二对电磁铁62并排地置于金属导带2的两侧以分别作为第一磁电层合结构单元51、第二磁电层合结构单元52的偏置磁场源，第一磁电层合结构单元51置于第一对电磁铁61的磁场内，第二磁电层合结构单元52置于第二对电磁铁62的磁场内。第一金属电极71、第二金属电极72的材料通常选用金或银。

选用高频微波铁氧体如YIG或者低频铁氧体如Terfenol-D作为铁磁体9可以分别适用于高频或者低频上的滤波功能。第一金属电极71、第二金属电极72之间的电流输入输出可以互相转换，由于电容效应，两金属电极之间会形成近似线性的电场，同时，通过改变两金属电极间电场的正负方向和大小，对于不同的压电体8(或铁电体)，由磁场产生的阻带吸收峰频率偏移的方向和偏移的大小也会存在不同。如选用压电材料PZT作为压电体8(或铁电体)，当施加在PZT两端的电场方向转换时，由磁场产生的阻带吸收峰频率会随着电场的增大而增大。而当选用压电材料PMN-PT作为压电体8(或铁电体)时，当施加在PMN-PT两端的电场方向转换时，由磁场产生的阻带吸收峰频率会随着电场的增大而减小。当选用铁电材料BST作为压电体8(或铁电体)时，当施加在BST两端的电场增大时，由磁场产生的阻带吸收峰频率会随着电场的增大而增大。

参见图3，若两个端部21之间的中间部分22的宽度b为端部21的正方形横截面边长a的1/10，端部21的正方形横截面边长a在0.2～0.8mm之间，中间部分22的长度1为5～8mm，则可以保证微波在金属导带2中良好的传播性能以及其在2-10GHz范围内良好的通带效果。进一步，当两个端部21的正方形横截面边长a为0.5mm，两个端部21的中间部分22的宽度b为0.05mm，中间部分22的长度l为7mm时，此时该“工”字型结构的金属导带2在2-10GHz范围内对微波传输的通带效果达到最佳。

本实用新型磁电双可调的微波双带阻滤波器的实现原理为：当第一电磁铁61在第一磁电层合结构单元51上施加磁场、第二电磁铁62在第二磁电层合结构单元52上施加磁场时，由于铁磁体9的铁磁共振效应，第一磁电层合结构单元51、第二磁电层合结构单元52分别能在可预测频段上独立的产生一个阻带吸收峰，所述阻带吸收峰可以通过外加偏置磁场大小的改变而实现大频段范围内的磁场调节。在压电体8(或铁电体)的上下表面镀有金属电极71和金属电极72，并引出转接头作为电压的输入端口，由于逆压电效应的作用，第一磁电层合结构单元51、第二磁电层合结构单元52内的压电体8(或铁电体)上会产生近似均匀的电场，通过所述电场，在第一磁电层合结构单元51、第二磁电层合结构单元52内能分别在由磁场产生的阻带吸收峰上实现小频段范围内精确的电场调节。金属导带2采用“工”字型结构设计，其在2-10GHz微波频段内能提供良好的通带性能以及微波传输性能。

以下举例说明：绝缘基底1选用氧化铝，尺寸为3mm×8mm×0.3mm，相对介电常数为10，金属导带2主要材料为铜，厚度为0.01mm，图3所示的两个端部21的正方形横截面边长a为0.5mm，两个端部21之间的中间部分22的宽度b为0.05mm，长度l为7mm，第一磁电层合结构单元51、第二磁电层合结构单元52由下至上依次为：GGG基底、YIG膜、银膜、PZT层、银膜，其中，GGG基底的尺寸为1mm×2.2m×0.3mm，YIG膜的尺寸为1mm×2.2m×0.015mm，PZT层的尺寸为1mm×2.2mm×0.2mm，银膜的尺寸为1mm×2.2m×0.005mm，各层之间由环氧树脂粘合。微波信号分别从图1和图2中的3、4两个端口输入、输出，以5GHz频段为例，其在4.4-5.4GHz内双阻带独立的磁可调性偏移示意图如图4所示，其插入损耗衰减约为-2dB，带宽约为20MHz，图5显示了磁电双可调微波双带阻滤波器单阻带内的电可调性偏移，当外加磁场固定为1000Oe时，其电场E在-10kV/cm～+10kV/cm范围内存在近似线性的电可调特性。

Claims (5)

1.一种磁电双可调的微波双带阻滤波器，其特征是：包括绝缘基底(1)；在所述绝缘基底(1)的上表面上，沿绝缘基底(1)的长度方向由绝缘基底(1)的一端到另一端粘合有金属导带(2)，所述金属导带(2)与绝缘基底(1)的长度相同；所述金属导带(2)呈“工”字型，所述金属导带(2)两端的端部(21)沿厚度方向的横截面呈正方形，所述金属导带(2)的中间部分(22)沿金属导带(2)长度方向的中心线与所述两个端部(21)沿金属导带(2)长度方向的中心线重合；在所述中间部分(22)的上表面上间隔地并排粘合有两个磁电层合结构单元，所述磁电层合结构单元由下至上依次粘合有石榴石基底、铁磁体、第一金属电极、压电体、第二金属电极；在所述金属导带(2)的两侧并排地置有第一对电磁铁和第二对电磁铁，其中一个所述磁电层合结构单元置于第一对电磁铁的磁场内，另一个所述磁电层合结构单元置于第二对电磁铁的磁场内。

2.根据权利要求1所述的磁电双可调的微波双带阻滤波器，其特征是：所述中间部分(22)的宽度为所述正方形的边长的1/10。

3.根据权利要求2所述的磁电双可调的微波双带阻滤波器，其特征是：所述正方形的边长为0.2～0.8mm，所述中间部分(22)的长度为5～8mm。

4.根据权利要求3所述的磁电双可调的微波双带阻滤波器，其特征是：所述正方形的边长为0.5mm，所述中间部分(22)的长度为7mm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁电双可调的微波双带阻滤波器，其特征是：所述磁电层合结构单元中的压电体替换为铁电体。

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