專利名稱：用左手介質(zhì)和右手介質(zhì)構(gòu)造一維空腔諧振方法及諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)Ω金屬結(jié)構(gòu)異向介質(zhì)在構(gòu)造微波器材，尤其是涉及一種用左手介質(zhì)和右手介質(zhì)構(gòu)造一維空腔諧振方法及諧振器。
背景技術(shù)：
隨著電子工業(yè)、通信事業(yè)的迅速發(fā)展和普及，對微波設(shè)備小型化、輕量化的要求日益迫切，而微波電路的集成化程度在一定程度上依懶于微波介質(zhì)材料，尤其是介質(zhì)諧振器材料的發(fā)展。以往的介質(zhì)諧振器長度必須滿足是半波長的整數(shù)倍，從而限制了介質(zhì)諧振器長度的進(jìn)一步縮小，而人工異向介質(zhì)的誕生和理論研究的深入，給縮小諧振器長度帶來了突破性的進(jìn)展，由LHM-RHM構(gòu)成的諧振器，擺脫了對介質(zhì)諧振器總長度的限制，理論上該諧振器長度可以任意小，有著廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用左手介質(zhì)(LHM)和右手介質(zhì)(RHM)構(gòu)造一維空腔諧振方法及諧振器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1.本發(fā)明實現(xiàn)用左手介質(zhì)和右手介質(zhì)構(gòu)造一維空腔諧振方法它由一層為左手介質(zhì)異向介質(zhì)，另一層為右手介質(zhì)各向同性介質(zhì)構(gòu)成，在左手介質(zhì)異向介質(zhì)呈現(xiàn)左手特性的頻段內(nèi)，左手介質(zhì)異向介質(zhì)層內(nèi)的波矢方向反平行于玻印廷功率流方向，當(dāng)平面波垂直入射時， 左手介質(zhì)異向介質(zhì)層的波矢方向反平行于右手介質(zhì)各向同性常規(guī)介質(zhì)層的波矢方向，從而使得左手介質(zhì)異向介質(zhì)層起到相位補償器的作用，即左手介質(zhì)異向介質(zhì)層和右手介質(zhì)各向同性常規(guī)介質(zhì)層引起的相位變化方向相反，當(dāng)該左手介質(zhì)前表面到右手介質(zhì)后表面相位差為零時，該結(jié)構(gòu)即可諧振。
2.本發(fā)明實現(xiàn)左手介質(zhì)和右手介質(zhì)一維空腔諧振方法的諧振器在矩形波導(dǎo)內(nèi)密封裝有相聯(lián)接的兩層結(jié)構(gòu)左手介質(zhì)層和右手介質(zhì)層，其中左手介質(zhì)層采用固態(tài)Ω金屬結(jié)構(gòu)，它由刻有Ω金屬結(jié)構(gòu)的微波基板，與層數(shù)相同的空白的微波基板多層放置，熱壓成異向固態(tài)介質(zhì)構(gòu)成，即為諧振器中的左手介質(zhì)異向介質(zhì)層，右手介質(zhì)層是各向同性介質(zhì)層，在矩形波導(dǎo)兩側(cè)面有一層金屬膜，其中一側(cè)面金屬膜開有圓形小孔。
本發(fā)明具有的有益的效果是異向介質(zhì)在工作頻帶內(nèi)具有波矢方向反平行于玻印廷功率流方向的特點，故在諧振器結(jié)構(gòu)中可起到相位補償?shù)淖饔?，這樣在LHM層的相位變化與在RHM層的相位變化方向相反，當(dāng)諧振器前表面到后表面相位差為零時，該諧振器可以諧振，這是常規(guī)諧振器所無法實現(xiàn)的，故該諧振器在尺寸上擺脫了傳統(tǒng)諧振器最小為半波長的限制，可以大大縮短諧振器的長度，在微波領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。


圖1是LHM-RHM一維空腔諧振器的原理圖；圖2是本發(fā)明實現(xiàn)LHM-RHM一維空腔諧振器圖；圖3是LHM放入矩形波導(dǎo)內(nèi)的示意圖；圖4是諧振器諧振在9.33GHz時的Sll幅度曲線圖；圖5是諧振頻率與諧振器長度的關(guān)系圖。
具體實施例方式
如圖2所示，在矩形波導(dǎo)2內(nèi)密封裝有相聯(lián)接的兩層結(jié)構(gòu)左手介質(zhì)層和右手介質(zhì)層，其中左手介質(zhì)層采用固態(tài)Ω金屬結(jié)構(gòu)，它由刻有Ω金屬結(jié)構(gòu)的微波基板，與層數(shù)相同的空白的微波基板多層放置，熱壓成異向固態(tài)介質(zhì)構(gòu)成，即為諧振器中的左手介質(zhì)異向介質(zhì)層，右手介質(zhì)層是各向同性介質(zhì)層，在矩形波導(dǎo)2兩側(cè)面有一層金屬膜1，其中一側(cè)面金屬膜開有圓形小孔3.
本發(fā)明采用的刻有Ω金屬結(jié)構(gòu)的微波基板的厚度為1mm，空白的微波基板的厚度為2mm。矩形波導(dǎo)為3cm波導(dǎo)?？逃笑附饘俳Y(jié)構(gòu)的微波基板的厚度和空白的微波基板的厚度可以是不同的厚度或相同的厚度構(gòu)成。材料為F4或FR4，右手介質(zhì)層為空氣或特富隆(Teflon)構(gòu)成。
1.LHM-RHM一維空腔諧振器的基本原理如圖1所示為LHM-RHM一維空腔諧振器的基本結(jié)構(gòu)。RHM層為各向同性介質(zhì)，厚度為d1，ε1＞0，μ1＞0，LHM層為異向介質(zhì)，厚度為d2，ε2＜0，μ2＜0.假定這兩層都是無損耗的，色散方程如下n2μ2tan(n1k0d1)+n1μ1tan(n2k0d2)=0----(1)]]>其中，k0代表自由空間的波矢。對于常規(guī)介質(zhì)，色散方程(1)只有d1、d2在特定條件下才能滿足。而如果其中一層為LHM，它的有效磁導(dǎo)率和折射系數(shù)均為負(fù)，這個一維空腔諧振器可在厚度遠(yuǎn)小于一個波長時實現(xiàn)諧振。當(dāng)平面波垂直入射時，在特定頻段內(nèi)LHM層的波矢方向反平行于RHM層的波矢方向，故LHM層可以起到相位補償器的作用，即在LHM層和RHM層相位變化方向相反，當(dāng)該諧振器前表面到后表面相位差為零時，該諧振器即可諧振。
2.LHM-RHM一維空腔諧振器的實現(xiàn)方法在構(gòu)造該諧振器時，異向介質(zhì)層使用的是固態(tài)Ω結(jié)構(gòu)樣品。它是由刻有Ω金屬結(jié)構(gòu)的1mm厚的低損耗微波基板和2mm厚的微波基板相間放置構(gòu)成，將多層這樣的結(jié)構(gòu)用熱壓工藝加工為固態(tài)介質(zhì)，即為本發(fā)明諧振器中的LHM層，而RHM層則由空氣構(gòu)成。將兩層介質(zhì)縱向排列在矩形波導(dǎo)(寬22.86mm高10.16mm)內(nèi)，在諧振器的前表面開有圓形小孔3，作為平面波的饋入點。即實現(xiàn)了LHM-RHM一維空腔諧振器。圖2為該諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為LHM放入矩形波導(dǎo)內(nèi)的剖面示意圖。
3.性能驗證根據(jù)原理部分所述，當(dāng)前后表面相位差等于零時，該諧振器可以諧振。實際測量結(jié)果如下測量中取長度為5mm的異向介質(zhì)樣品放入波導(dǎo)內(nèi)，測出5mm的異向介質(zhì)引入的相位差，然后調(diào)整空氣段長度使其諧振，并記錄下諧振頻率和空氣段長度，計算出諧振其總的相位差，同樣的步驟用長度為10mm的異向介質(zhì)樣品重復(fù)一次，測量結(jié)果如表1所示。
表1.LHM-RHM諧振器相位分析。第四列的負(fù)號代表相位超前。

從表1最后一列可以看出，在諧振點，諧振器前后表面的相位差均接近于零，證實了該諧振器不同尋常的工作原理。
圖4給出了兩個同時諧振在9.33GHz的LHM-RHM一維空腔諧振器反射系數(shù)Sll曲線，其中虛線所代表的諧振器LHM長度為5mm，空氣段長度為16mm，實線所代表的諧振器LHM長度為10mm，空氣段長度為18mm，圖示表明，可以同時縮短異向介質(zhì)和空氣的長度實現(xiàn)在同一頻率點諧振，對于常規(guī)諧振器，在總相位差小于2π的前提下，這種縮短長度再次諧振的情況是不可能發(fā)生的。這一實例再次證實了該諧振器工作在不同的諧振原理。
通過圖5諧振頻率和諧振器長度的關(guān)系曲線，更進(jìn)一步的驗證了該諧振器的上述特性。虛線代表LHM長為5mm的諧振器，實線代表LHM長為10mm的諧振器，可以看到虛線位于實線的左側(cè)，表示用更短的諧振器可以實現(xiàn)同一頻率點的諧振。圖5使更好的證明了為了滿足相位差為零的諧振條件，可以通過同時縮短兩層長度來實現(xiàn)，這是這種LHM-RHM一維空腔諧振器所獨有的特性。
權(quán)利要求
1.一種用左手介質(zhì)和右手介質(zhì)構(gòu)造一維空腔諧振方法，其特征在于它由一層為左手介質(zhì)異向介質(zhì)，另一層為右手介質(zhì)各向同性介質(zhì)構(gòu)成，在左手介質(zhì)異向介質(zhì)呈現(xiàn)左手特性的頻段內(nèi)，左手介質(zhì)異向介質(zhì)層內(nèi)的波矢方向反平行于玻印廷功率流方向，當(dāng)平面波垂直入射時， 左手介質(zhì)異向介質(zhì)層的波矢方向反平行于右手介質(zhì)各向同性常規(guī)介質(zhì)層的波矢方向，從而使得左手介質(zhì)異向介質(zhì)層起到相位補償器的作用，即左手介質(zhì)異向介質(zhì)層和右手介質(zhì)各向同性常規(guī)介質(zhì)層引起的相位變化方向相反，當(dāng)該左手介質(zhì)前表面到右手介質(zhì)后表面相位差為零時，該結(jié)構(gòu)即可諧振。
2.用于權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)左手介質(zhì)和右手介質(zhì)一維空腔諧振方法的諧振器，其特征在于在矩形波導(dǎo)(2)內(nèi)密封裝有相聯(lián)接的兩層結(jié)構(gòu)左手介質(zhì)層和右手介質(zhì)層，其中左手介質(zhì)層采用固態(tài)Ω金屬結(jié)構(gòu)，它由刻有Ω金屬結(jié)構(gòu)的微波基板，與層數(shù)相同的空白的微波基板多層放置，熱壓成異向固態(tài)介質(zhì)構(gòu)成，即為諧振器中的左手介質(zhì)異向介質(zhì)層，右手介質(zhì)層是各向同性介質(zhì)層，在矩形波導(dǎo)(2)兩側(cè)面有一層金屬膜(1)，其中一側(cè)面金屬膜開有圓形小孔(3)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用左手介質(zhì)和右手介質(zhì)構(gòu)造一維空腔諧振方法及諧振器。它由一層為左手介質(zhì)異向介質(zhì)，另一層為右手介質(zhì)各向同性介質(zhì)構(gòu)成，在左手介質(zhì)呈現(xiàn)左手特性的頻段內(nèi)，左手介質(zhì)層內(nèi)的波矢方向反平行于玻印廷功率流方向，當(dāng)平面波垂直入射時，左手介質(zhì)層的波矢方向反平行于右手介質(zhì)各向同性常規(guī)介質(zhì)層的波矢方向，從而使得左手介質(zhì)層起到相位補償器的作用，即左手介質(zhì)層和右手介質(zhì)各向同性常規(guī)介質(zhì)層引起的相位變化方向相反，當(dāng)該左手介質(zhì)前表面到右手介質(zhì)后表面相位差為零時，即可諧振。故該諧振器在尺寸上擺脫了傳統(tǒng)諧振器最小為半波長的限制，可以大大縮短諧振器的長度，在微波領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。
文檔編號H01P7/06GK1661853SQ20041007358
公開日2005年8月31日 申請日期2004年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月26日
發(fā)明者冉立新, 皇甫江濤, 李嚴(yán), 章獻(xiàn)民, 孔金甌 申請人:浙江大學(xué)