專利名稱：一種諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁通信領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種諧振腔。
背景技術(shù)：
濾波器是無線電技術(shù)中的常見器件之一，被廣泛應(yīng)用于通訊、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、衛(wèi)星、測(cè)試儀表等電子設(shè)備中。濾波器內(nèi)部裝有諧振腔，濾波器的體積主要取決于諧振腔的個(gè)數(shù)和容積。而微波諧振腔的諧振頻率取決于該腔的容積，一般來說，諧振腔容積越大諧振頻率越低，諧振腔容積減小諧振頻率越高，因此如何實(shí)現(xiàn)在不增大諧振腔尺寸的情況下降低諧振腔的諧振頻率對(duì)于濾波器的小型化具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述諧振頻率低必然諧振腔體積大的缺陷，提供一種實(shí)現(xiàn)低頻諧振而體積小的諧振腔。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種諧振腔，包括腔體、分別安裝在所述腔體的兩側(cè)壁上且均伸入到所述腔體內(nèi)部的兩個(gè)激勵(lì)端口，所述兩個(gè)激勵(lì)端口相向設(shè)置，所述腔體內(nèi)放置有至少一個(gè)超材料片層，每個(gè)超材料片層包括非金屬材料的基板和附著在所述基板上的人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)為一根導(dǎo)電材料的絲線多次繞行而成的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述人造微結(jié)構(gòu)為所述絲線螺旋形繞行或者蛇形繞行而成的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述人造微結(jié)構(gòu)為所述絲線既有螺旋形繞行又有蛇形繞行而成的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述人造微結(jié)構(gòu)在所述基板上附著所占的面積大于所述基板的面積的30%。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述人造微結(jié)構(gòu)在所述基板上附著所占的面積大于所述基板的面積的50%。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述超材料片層有多個(gè)，相鄰兩超材料片層之間通過機(jī)械連接或者粘接的方式成為一體。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述基板由非金屬的聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、陶瓷、鐵電材料、鐵氧材料、SiO2或者FR-4材料制成。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述人造微結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電材料銀或者銅制成。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述超材料片層置于所述腔體內(nèi)部的正中間。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述腔體內(nèi)部底面上放置有支撐所述超材料片層的支座，所述支座由透波材料制成。實(shí)施本發(fā)明的諧振腔，具有以下有益效果能大大降低諧振腔的諧振頻率，若要實(shí)現(xiàn)相同的諧振頻率，顯然諧振腔的體積大大減小。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所示諧振腔的俯視圖；圖3是圖I所示諧振腔的剖視圖；圖4至圖7是人造微結(jié)構(gòu)為蛇形繞行而成的結(jié)構(gòu)的四種示例；圖8、圖9是人造微結(jié)構(gòu)為螺旋形繞行而成的結(jié)構(gòu)的兩種示例；圖10、圖11是人造微結(jié)構(gòu)既有螺旋形繞行又有蛇形繞行而成的結(jié)構(gòu)的兩種示例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種諧振腔，如圖I所示，包括腔體I、激勵(lì)端口 3和超材料片層4。當(dāng)腔體I為上端開口從而形成空腔的結(jié)構(gòu)時(shí)，諧振腔還包括蓋在腔體I開口端上、從而封閉空腔的腔蓋2。激勵(lì)端口 3有兩個(gè)，分別安裝在所述腔體I的兩側(cè)壁上，且均伸入到腔體I內(nèi)部，兩個(gè)激勵(lì)端口 3相向設(shè)置。如圖2所示，超材料片層4位于腔體I內(nèi)部，且位于兩個(gè)激勵(lì)端口 3之間。兩激勵(lì)端口 3的端部分別抵在超材料片層4的兩側(cè)邊緣上，如圖3所示。當(dāng)超材料片層4有多個(gè)時(shí)，相鄰兩超材料片層4之間通過機(jī)械連接如焊接、鉚接、螺栓連接的方式連在一起，也可通過粘接劑粘接成一體。至少一個(gè)超材料片層4構(gòu)成的超材料整體，優(yōu)選置于腔體I內(nèi)部的正中間，即超材料整體的前、后表面距離腔體I的前、后內(nèi)壁分別相等，超材料整體的左、右表面距離腔體I的兩側(cè)內(nèi)壁分別相等，超材料整體的上、下表面距離腔體I的上、下內(nèi)壁分別相等。為了保證超材料整體在腔體內(nèi)部的穩(wěn)固性，可以在腔體I的下底面上放置支撐超材料片層4的支座，所述支座由透波材料制成，例如塑料、泡沫等。以上是諧振腔在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)選方案，例如激勵(lì)端口 3并不必然接觸在超材料片層4的兩側(cè)，超材料片層4也并不必然位于腔體的正中間，其可以直接置于腔體的底部，水平或豎直放置等。如圖2、圖3所示，每個(gè)超材料片層4包括基板5和附著在基板5上的人造微結(jié)構(gòu)
6?；?通常由非金屬材料制成，例如聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、陶瓷、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料、SiO2, FR-4材料等。本發(fā)明中，基板5優(yōu)選陶瓷材料。人造微結(jié)構(gòu)6是由一根導(dǎo)電材料的絲線多次繞行而成的結(jié)構(gòu)；這里的導(dǎo)電材料通常是金屬如銅、銀等，也可以是其他可以導(dǎo)電的材料例如ΙΤ0、石墨、碳納米管等。絲線在基板表面上繞行，是為了盡可能地占據(jù)基板的表面面積，從而在有限的基板表面上繞行盡可能長(zhǎng)的絲線。在超材料領(lǐng)域，人造微結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波的影響可以通過近似等效為電容電感組成的電路來分析，絲線線長(zhǎng)增大可以近似等效為電感增大，根據(jù)公式
/ =可知，諧振頻率也降低。因此，采用本發(fā)明的具有這種特征的人造微結(jié)構(gòu)6，能
夠有效降低諧振腔的諧振頻率，而降低諧振腔的諧振頻率正是減小濾波器體積的關(guān)鍵所在。繞行分螺旋形繞行和蛇形繞行兩種。這里的蛇形繞行，是指一點(diǎn)自一起始點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次后在上一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)作為起始點(diǎn)進(jìn)行下一個(gè)往復(fù)，依次遞推，每次往復(fù)運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)均沿同一個(gè)方向離開其起始點(diǎn)一定距離，得到的軌跡即為蛇形繞行，一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)為一次繞行。這樣的蛇形繞行的人造微結(jié)構(gòu)6示例如圖4至圖7所示。圖4所示的人造微結(jié)構(gòu)6，是由一根銅線圍成一個(gè)開口圓環(huán)后兩端分別向環(huán)內(nèi)多次蛇形繞行而得到的結(jié)構(gòu)；圖5示出的是人造微結(jié)構(gòu)6包括四個(gè)支路，每個(gè)支路具有一個(gè)蛇形繞行部分，由于四個(gè)支路連接到一點(diǎn)因此仍為一條絲線；圖6所示的人造微結(jié)構(gòu)6是包括兩根平行的銅線段和位于所述兩銅線段之間的蛇形繞行線段，由于它們?nèi)哌B接在一起，因此仍然是一條絲線。圖7的人造微結(jié)構(gòu)6也是包括兩平行的銅線段和位于銅線段之間的蛇形繞行線段，與圖6的區(qū)別是，其繞行方向也即每個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)遠(yuǎn)離其起始點(diǎn)的方向垂直于圖6的繞行方向。本文的螺旋形繞行，是指以一點(diǎn)開始向外逐圈旋繞而形成的曲線，每繞一圈即為繞行一次。螺旋形繞行的人造微結(jié)構(gòu)6的示例如圖8、圖9所示。圖8示出的是一根銅線或銀線繞行4次得到的螺旋形結(jié)構(gòu)；圖9所示的可以看作是由兩根平行的螺旋繞 行的線段和連接兩線段末端的第三根線段構(gòu)成，由于三者首尾連接，沒有斷開，因此仍然是一條絲線。圖3所示的人造微結(jié)構(gòu)也為螺旋形繞行結(jié)構(gòu)，其為一根絲線兩端分別螺旋形繞行多次得到。當(dāng)然，本發(fā)明的人造微結(jié)構(gòu)6可以既有螺旋形繞行，又有蛇形繞行，如圖10、圖11所示。圖10所示的為兩個(gè)蛇形繞行之間還具有螺旋形繞行，而圖11所示的是兩個(gè)螺旋形繞行之間還具有蛇形繞行。當(dāng)然，本發(fā)明的人造微結(jié)構(gòu)6的繞行，有多種變化方式，本文不再--列舉。凡是
通過多次繞行的方式以在有限的基板5表面上設(shè)置的絲線盡可能長(zhǎng)，這樣的人造微結(jié)構(gòu)6均屬于本發(fā)明的人造微結(jié)構(gòu)6。采用這樣的方式，使得人造微結(jié)構(gòu)6在基5板上附著所占的面積能達(dá)到所在的基板表面的面積的30%以上，也即占空比達(dá)到30%。優(yōu)選的，本發(fā)明中人造微結(jié)構(gòu)6的絲線的線寬與絲線的走線間距接近或者線寬略大于走線間距，使得占空比能達(dá)到50%以上，現(xiàn)代加工工藝中線寬最小可以達(dá)到O. 1mm。為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，對(duì)本發(fā)明的諧振腔和空腔的諧振腔進(jìn)行仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。對(duì)一個(gè)銅質(zhì)諧振腔進(jìn)行仿真，其空腔尺寸為20mmX 20mmX 20mm,測(cè)量的諧振頻率是10.63GHz。加入的超材料片層有6片，基板為陶瓷材料，每塊基板的尺寸為IOmmX IOmmX Imm,其中Imm為厚度；人造微結(jié)構(gòu)為銅線，線寬O. Imm,厚度為O. 018mm,結(jié)構(gòu)如圖3所示，尺寸為9. SmmX9. 8mm。仿真得出具有這樣超材料片層的諧振腔，其諧振頻率降到O. 238GHz?？梢?，諧振頻率大大降低，若要實(shí)現(xiàn)相同的諧振頻率，顯然諧振腔的體積大大減小。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種諧振腔，包括腔體、分別安裝在所述腔體的兩側(cè)壁上且均伸入到所述腔體內(nèi)部的兩個(gè)激勵(lì)端口，所述兩個(gè)激勵(lì)端口相向設(shè)置，其特征在于，所述腔體內(nèi)放置有至少一個(gè)超材料片層，每個(gè)超材料片層包括非金屬材料的基板和附著在所述基板上的人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)為一根導(dǎo)電材料的絲線多次繞行而成的結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為所述絲線螺旋形繞行或者蛇形繞行而成的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為所述絲線既有螺旋形繞行又有蛇形繞行而成的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)在所述基板上附著所占的面積大于所述基板的面積的30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的諧振腔，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)在所述基板上附著所占的面積大于所述基板的面積的50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述超材料片層有多個(gè)，相鄰兩超材料片層之間通過機(jī)械連接或者粘接的方式成為一體。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述基板由非金屬的聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、陶瓷、鐵電材料、鐵氧材料、SiO2或者FR-4材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電材料銀、銅或ITO制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述超材料片層置于所述腔體內(nèi)部的正中間。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述腔體內(nèi)部底面上放置有支撐所述超材料片層的支座，所述支座由透波材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種諧振腔，包括腔體、分別安裝在所述腔體的兩側(cè)壁上且均伸入到所述腔體內(nèi)部的兩個(gè)激勵(lì)端口，所述兩個(gè)激勵(lì)端口相向設(shè)置，所述腔體內(nèi)放置有至少一個(gè)超材料片層，每個(gè)超材料片層包括非金屬材料的基板和附著在所述基板上的人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)為一根導(dǎo)電材料的絲線多次繞行而成的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)大大增加了超材料介質(zhì)的電感，從而改變了諧振頻率。采用本發(fā)明能大大降低諧振腔的諧振頻率，若要實(shí)現(xiàn)相同的諧振頻率，顯然諧振腔的體積大大減小。
文檔編號(hào)H01P7/06GK102938488SQ20111023329
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者劉若鵬, 欒琳, 劉京京, 蘇翠, 鐘果, 劉堯 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司