CN203180032U - 一种磁电双可调带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁电双可调带通滤波器。它包括磁电层合材料基底，金属微带线，电磁铁；磁电层合材料由上至下分别是，铁磁相和压电相，在压电相的上下两个表面面上分别镀有一层金属薄膜，金属薄膜和铁磁相通过环氧树脂进行粘合；磁电层合材料基底的下表面接地，上表面通过薄膜工艺作出金属微带线；并且在磁电层合材料基板的上下两端放置一对电磁铁。相对于传统的磁可调与电可调微波器件，以磁电材料为核心的磁电双可调微波器件具有调节速度更快，体积更小，能耗更低，噪声更小等优点，并且在保证大频段磁场粗调的前提下，可以通过电调进行小频段的准确调节。

Description

一种磁电双可调带通滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种小型化可调微波器件，特别涉及一种磁电双可调的带通滤波器。

背景技术                                   

随着无线通信技术的快速发展，用户在2～40 GHz频段内的需求变得更加多样化和复杂化。如何根据用户的要求改善和提高器件的可调性和灵活性，推导微波器件的小型化和多功能化，成为科学研究的一个热点。基于多铁性材料的磁电可调微波器件为新型可调器件设计提供了一种新的思路。

磁电层合材料，是通过环氧树脂将铁磁体与压电体粘合到一起得以实现。通过以应变/应力为媒介的传递，利用铁电、铁磁材料之间的乘积相互作用来产生大磁电效应。由于复合材料中磁化和极化的耦合可以使能量在磁场和电场中自由转换，因此它在高技术设备多功能化和集成化应用中具有很大的潜力，比如在中低频下作为生物传感器、磁场传感器、电控磁振荡器件以及磁电转换元件等，在微波频段利用铁磁共振现象可以实现电可调、磁和电双重可调微波器件。基于这类复合磁电多铁性材料的磁电双可调微波器件，即在传统微带结构的基础上加入新型磁电复合材料，通过施加一个外加磁场在大频段范围内对其进行粗调，然后通过施加电场在小频段范围内进行精调，这既保留了传统磁磁可调微波器件中调节范围大的优点，又有效弥补了调节速度缓慢，能量损耗很大的缺点。

大量研究表明这类磁电可调微波器件在未来可能会有不可估量的应用前景。目前实验中所使用的磁电复合材料大多选择铁氧体/铁电复合材料，比如YIG/PZT、YIG/PMN-PT 等，研究证明，其铁磁相与压电相之间的弹性耦合均能产生巨大的磁电效应。总而言之，随着复合磁电多铁性材料的不断发展及对其研究的不断深入，由于其具备磁电双可调的优越性能及易于集成的特点，基于此材料的磁电双可调微波器件在未来几年内具有巨大的商业价值和发展前景。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有滤波器的技术缺陷，提供一种磁电双可调的带通滤波器及其调节方法。

一种磁电双可调的带通滤波器，包括磁电层合材料基底，金属微带线，电磁铁；磁电层合材料由上至下分别是，铁磁相和压电相，在压电相的上下两个表面面上分别镀有一层金属薄膜，金属薄膜和铁磁相通过环氧树脂进行粘合；磁电层合材料基底的下表面接地，上表面通过薄膜工艺作出金属微带线，该微带线输入和输出端口满足50欧姆阻抗匹配； 同时在磁电层合材料基底的上下两端放置一对电磁铁。

所述的第一层金属薄膜、第二层金属薄膜为金薄膜或银薄膜。

所述的铁磁相为钇铁石榴石YIG，压电相为锆钛酸铅PZT。

通过所述的第一层金属薄膜、第二层金属薄膜施加外部电场。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

首先，相对于传统的磁可调与电可调微波器件，以磁电材料为核心的磁电双可调微波器件具有速度更快，体积更小，能耗更低，噪声更小等优点；其次，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，无法在小频段范围内精确调节等缺点，在保证大频段磁场粗调的前提下，可以通过电调进行小频段的准确调节。磁场调节和电场调节之间工作独立，不会相互干扰。并且，对于不同的铁磁材料和压电材料的组合，滤波器工作频率偏移的方向和偏移量也会存在很大差异。总而言之，磁电多铁性材料因其在新型多功能磁电器件和设备应用中的优越性能和技术保障，基于该材料的磁电微波器件有着非常良好的发展前景。

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是磁电双可调的带通滤波器的俯视图。

图2是磁电双可调的带通滤波器的侧视图。

图3是金属微带的尺寸示意图。

图4是本实用新型在外加偏置磁场为0时的插入损耗曲线。

图5是本实用新型的工作频段在2.9 ~ 4.2 GHz范围内的磁可调性偏移示意图。

图6是本实用新型的工作频段偏移量随外加电场变化的示意图。

图中，1、磁电层合材料基底，2、金属微带线，3、电磁铁，4、铁磁相，5、压电相，6、第一层金属薄膜，7、第二层金属薄膜。

具体实施方式

一种磁电双可调的磁电双可调的带通滤波器，1、磁电层合材料基底，2、金属微带线，3、电磁铁；磁电层合材料基底1由上至下分别是铁磁相4，第一层金属薄膜6，压电相5，第二层金属薄膜7，铁磁相4和第一层金属薄膜6通过环氧树脂粘合；磁电层合材料基底1的下表面接地，磁电层合材料基底1的上表面通过薄膜工艺作出金属微带线2，输入和输出端口满足50欧姆匹配，在磁电层合材料基板1的上下两端放置一对电磁铁3。

    所述的金属薄膜6、7为金薄膜或银薄膜。

    所述的铁磁相4为钇铁石榴石YIG，压电相6为锆钛酸铅PZT。

    通过所述的金属薄膜6、7施加外部电压。

一种所述的磁电双可调的磁电双可调的带通滤波器的调节方法，当电磁铁3对磁电层合材料基底1施加外部偏置磁场时，铁磁相4内部的磁导率发生改变，从而导致了滤波器的工作频率发生偏移，通过调节电磁铁3上的电流以及南北极之间的距离可以对磁电层合材料1施加不同大小的均匀偏置磁场，实现磁电双可调的带通滤波器工作频率的粗调；通过压电相5上下两个面上的金属薄膜6、7施加外部电场，通过两个金属薄膜5、7之间的电容效应，压电相5内会产生均匀的电场，通过所述电场可以实现磁电双可调的带通滤波器工作频率在几十兆赫兹内的精确调节，通过改变电场的正负方向，实现磁电双可调的带通滤波器工作频率的左右偏移。

如图1所示，在磁电层合材料1的上表面，运用薄膜工艺制备微带线，其以基板宽度方向的中心线相互对称。如图2所示的磁电层合材料基底1中，为了施加外加电场，在压电相5的上下两个表面分别镀上两层金属薄膜6和7，其材料通常选用金或银，同时通过环氧树脂将第一层金属薄膜6与铁磁体4粘合到一起得以实现。电磁铁3的两极分别放置于带通滤波器的上下两侧用于施加外部偏置磁场。

实施例1

磁电层合材料的铁磁层和压电层分别选择YIG和PZT两种材料。其中YIG层的尺寸为15mm×11mm×0.25mm；PZT的尺寸为15mm×11mm×0.25mm。同时，在PZT层的上下两个面分别镀上一层银薄膜，其尺寸为：15mm×11mm×0.005mm。在磁电层合材料基底的上表面，通过薄膜工艺制备厚0.018mm的金属微带线，其结构如图3所示。

    磁电双可调带通滤波器工作时，微波信号从图1中的输入端口输入，以3 GHz微波信号频段为例，滤波器的工作频率在2.9-4.2GHz内磁可调性偏移示意图如图4所示，带外抑制最大达到了-20 dB。图5显示了滤波器工作频段的磁可调性偏移，随着外加磁场的增大，滤波器的工作频段随之向右偏移。图6显示了磁电双可调带通滤波器的工作频段偏移量与外加电场的关系，当外加磁场保持100 Oe不变时，其电场E在-10 kV/cm至10 kV/cm范围内存在近似线性的电可调特性。

Claims (4)

1.一种磁电双可调的带通滤波器，其特征在于，它包括磁电层合材料基底（1），金属微带线（2），电磁铁（3）；磁电层合材料（1）包括铁磁相（4），压电相（5），其中在压电相（5）的上下两个表面分别镀上一层金属薄膜，即第一层金属薄膜（6），第二层金属薄膜（7），第一层金属薄膜（6）与铁磁相（4）之间用环氧树脂粘合；磁电层合材料基底的下表面接地，上表面通过薄膜工艺制作金属微带线（2），在滤波器的上下两端放置一对电磁铁（3）。

2.根据权利要求1所述的磁电双可调的带通滤波器，其特征在于，所述的铁磁相（4）为钇铁石榴石YIG，压电相（5）为锆钛酸铅PZT。

3.根据权利要求1所述的磁电双可调的带通滤波器，其特征在于，所述的第一层金属薄膜（6）、第二层金属薄膜（7）为金薄膜或银薄膜。

4.根据权利要求1所述的磁电双可调的带通滤波器，其特征在于，通过所述的第一层金属薄膜（5）、第二层金属薄膜（7）施加外部电场。

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