CN202275901U - 一种滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种滤波器，包括至少一个谐振腔、装在所述谐振腔两侧壁上的输入端和输出端，所述谐振腔内部放置有至少一个超材料片层，每个超材料片层包括非金属材料制成的基板和附着在基板表面上的人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图案的结构。采用本实用新型的滤波器，其加入超材料片层后，能将多个谐振频率拉进来，导致单个谐振腔的带宽变宽，因而能够承受大功率的滤波器，因此可以实现滤波器的小型化。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信领域，更具体地说，涉及一种滤波器。
背景技术
在微波器件中，腔体滤波器是很重要的一种器件。腔体滤波器是由几个微波谐振腔组成的，每个谐振腔具有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。
谐振腔是在微波频率下工作的谐振元件，每个谐振腔有自己的谐振频率，每个谐振腔的带宽非常的窄。如果想作一个高功率的滤波器，需要带宽要比较宽，如果带宽很窄，将无法承受很高的功率。为了增加带宽，滤波器会使用多个微波谐振腔，每个谐振腔的谐振频率会稍有不同，这样多个谐振腔组合在一起就形成了一个宽带的滤波器，但是这导致滤波器的体积很大。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述单个谐振腔的带宽很窄因而需要多个谐振腔导致滤波提体积很大的缺陷，提供一种带宽较宽的滤波器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种滤波器，包括至少一个谐振腔、装在所述谐振腔两侧壁上的输入端和输出端，所述谐振腔内部放置有至少一个超材料片层，每个超材料片层包括非金属材料制成的基板和附着在基板表面上的人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图案的结构。
在本实用新型所述的滤波器中，所述超材料片层有多个，所有超材料片层 相互平行地间隔设置或者表面相接触地连接成一体。
在本实用新型所述的滤波器中，所述谐振腔内设置有透波材料制成的支座，所述超材料片层固定在所述支座上。
在本实用新型的滤波器中，所述支座上设置有插接所述超材料片层的插槽。
在本实用新型所述的滤波器中，所述人造微结构为工字形。
在本实用新型所述的滤波器中，所述人造微结构为十字形。
在本实用新型所述的滤波器中，所述人造微结构为十字形的衍生形，即其具有四个相同的支路，任一支路以一点为旋转中心依次旋转90度、180度、270度后依次分别于其他三个支路重合。
在本实用新型所述的滤波器中，每个支路一端与其他三个支路共端点连接，另一端为自由端，两端之间设置有至少一个弯折部。
在本实用新型所述的滤波器中，所述支路的自由端连接有一线段。
在本实用新型所述的滤波器中，所述人造微结构在所述基板上成矩形阵列排布。
实施本实用新型的滤波器，具有以下有益效果：采用本实用新型的滤波器，其加入超材料片层后，能将多个谐振频率拉进来，导致单个谐振腔的带宽变宽，因而能够承受大功率的滤波器，也即单腔大功率滤波器，因此可以实现滤波器的小型化。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型优选实施例的滤波器的结构示意图；
图2是图1所示滤波器的超材料片层的结构示意图；
图3是人造微结构为工字形的衍生形的结构示意图；
图4是人造微结构为十字形的衍生形的结构示意图；
图5至图8是人造微结构为另四种十字形的衍生形的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型涉及一种滤波器，主要是指微波滤波器，如图1所示，其内部为至少一个谐振腔8，谐振腔8的两侧装有输入端和输出端。本实用新型在谐振腔8内填充的介质为超材料，超材料能增加谐振腔的带宽，从而减小滤波器谐振腔的个数，进而实现滤波器的小型化。
如图1所示，超材料包括至少一个超材料片层1。当超材料片层1有一个时，可以将其直接固定到谐振腔8内。当超材料片层1有多个时，多个超材料片层1表面相接触地粘接成一体，也可在相邻两超材料片层1之间放置透波材料例如泡沫来将它们隔开。谐振腔8内可放置支座，支座上设置插槽，将多个超材料片层1构成的整体插入插槽内，从而使它们相互平行放置。支座优选泡沫塑料等透波材料。图中所示的超材料片层1共14片，其相互粘接到一起，输入端和输出端分别抵在超材料片层1的两侧表面上。当然，输入端和输出端也可以不与超材料片层接触。
超材料片层1包括平板状的基板3和附着在基板3表面上的人造微结构2。其中，基板3由非金属材料制成，如聚四氟乙烯、环氧树脂、陶瓷、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料、FR-4材料等。人造微结构2为至少一根丝线在基板3表面上组成的一定几何图案的结构，例如“工”字形、开口谐振环形等。人造微结构2的丝线是由导电材料制成的，通常为金属如银、铜等，也可以用其他非金属的导电材料如ITO制成。这些丝线的线宽在1mm以内，优选为可加工的最小线宽例如0.1mm；丝线的厚度很薄，通常为镀层的厚度，本实用新型中通常小于0.1mm，例如0.018mm。当人造微结构有多个时，所述人造微结构在基板上成矩形阵列排布。
人造微结构2的几何图案有很多种情况，已知的如工字形，其包括成直线的第一金属线201和连接在第一金属线201两端且被第一金属线201垂直平分的两根第二金属线202；这样的工字形人造微结构还可以进一步衍生，得到工字形的衍生形，如图3所示，其除了第一、第二金属线外，还包括分别连接在每根第二金属线202两端且被第二金属线202垂直平分的第三金属线203、分别连接在每根第三金属线203两端且被第三金属线203垂直平分的第四金属线 204，依此类推，继续衍生。
同样，本实用新型的人造微结构2还可以是十字形的衍生形，其包括两根垂直且互相平分构成十字形的第一金属线201，还包括分别连接在每根第一金属线201两端且被第一金属线201垂直平分的第二金属线202，构成的衍生形如图2所示；进一步地，当人造微结构除第一、第二金属线外，还可包括分别连接在每根第二金属线202两端且被第二金属线202垂直平分的第三金属线203，以及分别连接在每根第三金属线203两端且被每根第三金属线203垂直平分的第四金属线204，则其结构如图4所示。还可以依此类推，得到其他衍生结构。
在其他十字形的衍生形的实施例中，人造微结构2包括四个相同的支路210，任一支路210以一点为旋转中心依次旋转90度、180度、270度后依次分别于其他三个支路210重合。因此，这样的人造微结构2为各向同性结构，其在所在的平面的各个方向上对电磁波的响应特征均相同，上述如图2、图4的十字形的衍生形人造微结构也具有这样的特性。当然，上述实施例中，四个支路210可以共一个端点从而连接为一体。
如图5至图8所示，每个支路210一端与其他三个支路210共端点连接，另一端为自由端，两端之间设置有至少一个弯折部。这里的弯折部可以为直角弯折，如图5所示，也可以是尖角弯折如图6、图7所示，还可以是圆角弯折，如图8所示。自由端的外部还可连接有直线段，如图7、图8所示，优选为自由端的端点与该线段的中点连接。
由于导电材料制成的人造微结构2的存在，降低了谐振频率，且产生两个非常临近的谐振频率，最终导致谐振腔具有较大的带宽，因此单个谐振腔就可以承受大功率的滤波器，从而使滤波器小型化成为可能。
例如，图1所示谐振腔为20mm×20mm×20mm的立方体，超材料片层为7mm×5.6mm×1.018mm，一共6个超材料片层，基板为FR-4环氧树脂，厚度为1mm，每个人造微结构为如图1、图2所示的十字形的衍生形，其尺寸为1.4mm×1.4mm，每块基板上阵列排布有20个人造微结构。通过仿真可知，第一、第二谐振频率均为0，第三、第四谐振频率分别为3.810GHz、3.861GHz， 二者组成超过至少50MHz的带宽。而在同样的谐振腔内不放置超材料片层的话，第一谐振频率为6.100GHz，第二谐振频率为8.360GHz，第三谐振频率为9.938GHz，第四谐振频率为9.938GHz，第一、第二谐振频率相差大于2GHz，无法形成宽频带。另外，谐振腔中有很多不同的模，对应着不同的谐振频率，采用本实用新型的实施例，第一、第二谐振频率为0，表明低阶模被抑制，高阶模被激发，而越高阶模则Q值越高，Q值高意味着谐振腔的损耗小。这也是本实用新型的优势之一。
由此可见，采用本实用新型的滤波器，其加入超材料片层1后，能将多个谐振频率拉进来，导致单个谐振腔的带宽变宽，因而能够承受大功率的滤波器，也即单腔大功率滤波器，因此可以实现滤波器的小型化，同时还具有抑制低阶模降低损耗的优点。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型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实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (10)
1.一种滤波器，包括至少一个谐振腔、装在所述谐振腔两侧壁上的输入端和输出端，其特征在于，所述谐振腔内部放置有至少一个超材料片层，每个超材料片层包括非金属材料制成的基板和附着在基板表面上的人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图案的结构。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述超材料片层有多个，所有超材料片层相互平行地间隔设置或者表面相接触地连接成一体。
3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述谐振腔内设置有透波材料制成的支座，所述超材料片层固定在所述支座上。
4.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述支座上设置有插接所述超材料片层的插槽。
5.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述人造微结构为工字形。
6.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述人造微结构为十字形。
7.根据权利要求6所述的滤波器，其特征在于，所述人造微结构为十字形的衍生形，即其具有四个相同的支路，任一支路以一点为旋转中心依次旋转90度、180度、270度后依次分别于其他三个支路重合。
8.根据权利要求7所述的滤波器，其特征在于，每个支路一端与其他三个支路共端点连接，另一端为自由端，两端之间设置有至少一个弯折部。
9.根据权利要求8所述的滤波器，其特征在于，所述支路的自由端连接有一线段。
10.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述人造微结构在所述基板上成矩形阵列排布。
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