CN202423529U - 一种谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种谐振腔，包括壳体、位于所述壳体内的谐振腔以及设置在所述壳体上且伸入所述谐振腔内的输入端和输出端，所述谐振腔内设置有两个超材料块，且所述两个超材料块分别与输入端和输出端接触，每个超材料块包括非金属材料制成的基板和附着在所述基板上的人造微结构，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。通过在谐振腔内加入超材料块，能够在不增大体积的情况下有效降低谐振频率，有利于实现滤波器的小型化。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁通信领域，更具体地说，涉及一种谐振腔。
背景技术
滤波器是无线电技术中的常见器件之一，被广泛应用于通讯、雷达、导航、电子对抗、卫星、测试仪表等电子设备中。滤波器内部装有谐振腔，滤波器的体积主要取决于谐振腔的个数和容积。而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滤波器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谐振腔低频会导致体积大的缺陷，提供一种不增大尺寸的条件下实现低谐振频率的谐振腔。
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，其在两侧的壁面上分别设置有输入端和输出端，所述谐振腔内设置有两个不相接触的超材料块，所述两个超材料块分别与输入端和输出端接触，每个超材料块包括非金属材料制成的基板和附着在所述基板上的人造微结构，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，所述超材料块包括多个层叠成一体的超材料片层，每个超材料片层包括一片基板和附着在基板表面上且周期性排布的人造微结构。
在本实用新型所述的谐振腔中，所述人造微结构为矩形阵列排布。
在本实用新型所述的谐振腔中，所述谐振腔内设置有透波材料制成的支座。
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，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，所述自由端与所述线段的中点连接。
实施本实用新型的谐振腔，具有以下有益效果：通过在谐振腔内加入超材料块，能够在不增大体积的情况下有效降低谐振频率，有利于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谐振腔的结构示意图；
图2是图1所示谐振腔的超材料块的结构示意图；
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；
图9为对谐振腔内没有放入超材料块的谐振腔进行仿真的效果图；
图10为对图9所用谐振腔中加入超材料块后的仿真效果图。
具体实施方式
本实用新型涉及一种谐振腔，如图1所示，包括壳体5、设置在壳体5两侧壁上且伸入谐振腔内的输入端6和输出端7，谐振腔内设置有并排设置且之间隔有间距的两个超材料块1，分别与输入端6和输出端7接触。本实施例中，输入端6和输出端7均为探针端口，用来使超材料块1发生谐振，并且谐振方 式同步，达到储能降频、从而实现滤波器小型化的效果。
为了便于超材料块1的固定，可在谐振腔内放置支座，支座上设置插槽，将超材料块插入插槽内即可。支座优选泡沫等透波材料如泡沫、塑料等。
如图1、图2所示，每个超材料块1包括至少一个超材料片层。当超材料片层有多个时，它们沿垂直于其表面的方向层叠并通过机械连接或者粘接等方式封装成一块整体。
每个超材料片层均包括基板3和附着在基板3上的人造微结构2，基板3由非金属材料制成，如聚四氟乙烯、环氧树脂、陶瓷、铁氧材料、铁电材料、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。人造微结构为多个时，其在基板3表面上周期性排布，优选为矩形阵列排布。
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，且四个支路210共一端点，任一支路210以所述端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，上述人造微结构2的四个支路210也可以不共端点。
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。
本实用新型对一谐振腔内部为空腔的谐振腔进行仿真，空腔的尺寸为20mm×20mm×20mm，输入端和输出端分别向腔内伸入3mm，其仿真效果图如图9所示，由图可知，该空腔谐振腔的谐振频率为12.68GHz，谐振时S11＝-15dB，S21＝-0.00024428dB，S21是反映电磁波从输入端到输出端的一种正向传输参数，代表插入损耗的大小。S21越小，插入损耗越小。
在上述谐振腔中装入两个超材料块，每个超材料块包括5个相同的超材料片层表面相贴合地叠加，基板选择厚度为0.4mm的FR4材料，每个人造微结构的总体尺寸为1.3mm×1.3mm，人造微结构按照行偏移和列偏移均为1.4mm地以成5×11阵列排布，且人造微结构选择图8所示的几何图形，选用铜线组成该图形，线宽和走线间距均为0.1mm。输入端和输出端均如图1所示地位于两超材料块侧面的正中间位置。
采用这样的超材料块的谐振腔，其仿真效果如图10所示。由图可知，谐振频率为6.8GHz，S11＝-28dB，S21＝-0.03dB。因此可以知道，虽然采用损耗相对较大的FR4材料作为基板，谐振腔的插入损耗仍然是很小的，而谐振频率则得到了有效的降低，基本上降低了6GHz，而且模干扰小，曲线光滑表明 人造微结构的谐振比较整齐同步。
由此可见，通过在谐振腔内加入超材料块，能够在不增大体积的情况下有效降低谐振频率，有利于滤波器的小型化。另外，本实用新型还具有插入损耗小的优点。
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)
1.一种谐振腔，在其两侧的壁面上分别设置有输入端和输出端，其特征在于，所述谐振腔内设置有两个不相接触的超材料块，所述两个超材料块分别与输入端和输出端接触，每个超材料块包括非金属材料制成的基板和附着在所述基板上的人造微结构，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，所述超材料块包括多个层叠成一体的超材料片层，每个超材料片层包括一片基板和附着在基板表面上且周期性排布的人造微结构。
3.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为矩形阵列排布。
4.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振腔内设置有透波材料制成的支座。
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，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9所述的谐振腔，其特征在于，所述自由端与所述线段的中点连接。
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Cited By (2)
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| CN102903999A (zh) * | 2011-07-29 | 2013-01-30 | 深圳光启高等理工研究院 | 一种谐振腔 |
| CN103515713A (zh) * | 2013-09-11 | 2014-01-15 | 东南大学 | 一种基于光学变换的超表面透镜天线及其制造方法 |
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2011
- 2011-07-29 CN CN2011202744234U patent/CN202423529U/zh not_active Expired - Lifetime
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