CN202275915U - 一种谐振腔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种谐振腔，其内部为腔体，所述腔体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。采用本实用新型的谐振腔，其加入超材料片层后，能够明显降低谐振腔的谐振频率，因此可以实现谐振腔的小型化。

Description

一种谐振腔

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，更具体地说，涉及一种谐振腔。 

背景技术

谐振腔是在微波频率下工作的谐振元件，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。 

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要实现低频就会导致体积大的缺陷，提供一种小体积而低频的谐振腔。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种谐振腔，其内部为腔体，所述腔体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谐振腔中，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谐振腔中，所述腔体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。 

在本实用新型所述的谐振腔中，所示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谐振腔中，所述人造微结构为工字形。 

在本实用新型所述的谐振腔中，所述人造微结构为十字形。 

在本实用新型所述的谐振腔中，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谐振腔中，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谐振腔中，所述支路的自由端连接有一线段。 

在本实用新型所述的谐振腔中，所述人造微结构在所述基板上矩形阵列排布。 

实施本实用新型的谐振腔，具有以下有益效果：采用本实用新型的谐振腔，其加入超材料片层后，在不改变谐振腔体积的条件下能够明显降低谐振频率，因此有利于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谐振腔的结构示意图； 

图2是图1所示谐振腔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谐振腔，主要是指微波谐振腔，如图1所示，其内部为填充介质的腔体8。本实用新型在腔体8内填充的介质为超材料。 

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腔体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间隔开。腔体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。 

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2有多个时，优选其在基板表面上成矩形阵列排布。 

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，超材料片层具有较高的介电常数，其装入谐振腔后，能够明显降低谐振腔的谐振频率，使得由多个谐振腔组成的滤波器小型化成为可能。 

例如，图1所示腔体为20mm×20mm×20mm的立方体，超材料片层为15mm×12mm×1.018mm，一共12个超材料片层，基板为陶瓷，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3mm×3mm，每块基板上阵列排布有4×5个人造微结构。通过仿真可知，第一、第二谐振频率均为0，第三谐振频率为1.9699GHz。而空腔的谐振频率为10GHz。可见，加入超材料结构后，其谐振频率降低到1.9699GHz。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，采用本实用新型的谐振腔，其加入超材料片层1后，能明显降低谐振频率，有利于实现滤波器的小型化。 

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)

1.一种谐振腔，其内部为腔体，其特征在于，所述腔体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所述的谐振腔，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所述的谐振腔，其特征在于，所述腔体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所述的谐振腔，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所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为工字形。

6.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为十字形。

7.根据权利要求6所述的谐振腔，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所述的谐振腔，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所述的谐振腔，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所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构在所述基板上矩形阵列排布。 

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