專利名稱：一種諧振腔的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電磁通信領域，更具體地說，涉及一種諧振腔。
背景技術：
在微波器件中，腔體濾波器是很重要的一種器件。腔體濾波器是由幾個微波諧振腔組成的，每個諧振腔具有一個任意形狀的由導電壁(或導磁壁)包圍的腔體。通常，一個諧振腔具有固定的諧振頻率，通過將具有不同諧振頻率的多個諧振腔連在一起組成一個濾波器，使其具有一定寬度的帶寬。為了對已知頻點的諧振腔進行調(diào)節(jié)，通常會在腔頂設置一調(diào)諧螺桿，通過調(diào)節(jié)其伸入諧振腔內(nèi)的深度來調(diào)節(jié)諧振腔的頻點和損耗。但是單腔的諧振腔只能出現(xiàn)單一頻點， 通過調(diào)諧螺桿的調(diào)節(jié)對濾波器的帶通或帶阻的寬度的影響有限。如何使單腔也能實現(xiàn)寬帶效果，是減少諧振腔進而明顯減小濾波器體積的根本解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述諧振腔只有單一頻點不能實現(xiàn)帶寬的缺陷，提供一種單腔就能實現(xiàn)帶寬效果的諧振腔。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種諧振腔，包括腔體、分別裝在腔體兩側內(nèi)壁上的輸入端和輸出端，還包括設置在腔體內(nèi)的第一超材料板，所述第一超材料板將所述腔體隔成兩個連通的腔室，所述輸入端、輸出端分別位于兩個腔室內(nèi)。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述第一超材料板包括至少一個超材料片層，每個超材料片層包括非金屬材料制成的基板和附著在所述基板上的多個人造微結構，每個人造微結構為導電材料的絲線組成的具有幾何圖形的平面或立體結構。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述多個人造微結構在所述基板表面上呈周期性排布，每個人造微結構均相同。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述兩個腔室內(nèi)分別各設置有一個第二超材料板，兩個第二超材料板分別與所述輸入端和輸出端接觸耦合連接。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述人造微結構為工字形或者工字形的衍生形。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述人造微結構為十字形或者十字形的衍生形。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述十字形的衍生形具有四個相同的支路，任一支路以一點為旋轉中心依次旋轉90度、180度、270度后依次分別于其他三個支路重合。在本發(fā)明所述的諧振腔中，每個支路一端與其他三個支路共端點連接，另一端為自由端，兩端之間設置有至少一個彎折部。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述支路的自由端連接有一線段。在本發(fā)明所述的諧振腔中，所述人造微結構為絲線繞成螺旋形的結構。實施本發(fā)明的諧振腔，具有以下有益效果可以依靠單個諧振腔實現(xiàn)帶寬，在實現(xiàn)相同帶寬的情況下能有效減少濾波器中諧振腔的個數(shù)，從而有效減小濾波器的體積。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖I是本發(fā)明第一實施例的諧振腔的結構示意圖；圖2是本發(fā)明第二實施例的諧振腔的結構示意圖；圖3是圖I、圖2中所示的第一或第二超材料塊的每個超材料片層的結構示意圖；圖4是人造微結構為工字形的衍生形的結構示意圖；圖5是人造微結構為十字形的衍生形的結構示意圖；圖6是人造微結構另一種十字形的衍生形的結構示意圖；·圖7是人造微結構為第一種螺旋形結構的示意圖；圖8是人造微結構為第二種螺旋形結構的示意圖；圖9是人造微結構為第三種螺旋形結構的示意圖；圖10是諧振腔未放入第一超材料板時的仿真圖；圖11是諧振腔中加入第一超材料板后的仿真圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種諧振腔，其具有一定的帶寬而非單一頻點，因此能夠形成多個諧振腔才能形成的帶寬效果，有利于減少諧振腔從而減小濾波器的體積。如圖I所示，與現(xiàn)有技術相同，本發(fā)明的諧振腔包括腔體4、安裝在腔體4的頂部內(nèi)壁上的調(diào)諧螺桿6、裝在腔體4兩側內(nèi)壁上的輸入端50和輸出端5。與現(xiàn)有的諧振腔不同的是，本發(fā)明的腔體4內(nèi)至少設置有第一超材料板1，如圖I所示，第一超材料板I放置在腔體4的底部內(nèi)壁上，由于第一超材料板I具有一定的面積，從而將腔體4內(nèi)部空間一分為二，即原本的一個腔體4被分成兩個腔室。由于第一超材料板I正對著調(diào)諧螺桿6設置，且與調(diào)諧螺桿6之間隔有間距，因此并未完全將兩個腔室封閉地隔絕開，而是兩個腔室通過第一超材料板I和調(diào)諧螺桿6之間的間距連通，輸入端50和輸出端5分別位于兩個腔室內(nèi)，且二者的連線穿過第一超材料板I。此時，由于單腔被近似地劃分為“雙腔”，該諧振腔的傳輸特性會達到帶寬的效果。在實現(xiàn)帶寬的同時，為了減小諧振腔的體積，還應盡量降低諧振腔的諧振頻率，這一點可以利用第一超材料板的特性來實現(xiàn)。超材料(metamaterial),又稱人工電磁材料,是一種對電磁波有特殊響應的材料，是由介質(zhì)基板和周期性排布在介質(zhì)基板表面上的人造微結構形成的，人造微結構通常為金屬等導電材料制成。通過對人造微結構的幾何圖形、尺寸和排布進行設計，可以使超材料整體體現(xiàn)出特殊的、甚至自然界中很難達到的特性，例如較高的介電常數(shù)、負磁導率、負折射率等特性。本發(fā)明的第一超材料板即采用了這種技術，以使本發(fā)明的諧振腔具有諧振帶寬的效果。如圖I所示，第一超材料板包括至少一個超材料片層，圖中顯示為5個超材料片層。每個超材料片層如圖3所示，包括基板3和附著在基板3上的多個人造微結構2。其中，基板3通常由非金屬材料制成，例如FR-4、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等。人造微結構2為導電材料的絲線組成的具有幾何圖形的平面或立體結構，這里的導電材料通常為金屬例如銅、銀等，也可以是其他非金屬的導電材料例如ITO、導電塑料等。這些絲線的線寬在Imm以內(nèi)，優(yōu)選為可加工的最小線寬例如O. Imm ;絲線的厚度很薄，通常為鍍層的厚度，本發(fā)明中通常小于O. Imm,例如O. 018mm。人造微結構2在基板3表面上通常為周期性排布例如矩形陣列排布，每個人造微結構2均相同；也可以多個人造微結構2其形狀、大小互不相同，例如可以按照一定的遞增或遞減規(guī)律逐漸減小其尺寸或者旋轉其方位，這些特征都是可以根據(jù)不同的實際需求例如折射率分布的需求、磁導率分布需求等進行點對點的設計的。本發(fā)明中，為了降頻，優(yōu)選能夠實現(xiàn)高介電常數(shù)的人造微結構，這樣的結構有很多種，下面將詳細說明。人造微結構2可以為工字形，其包括成直線的第一金屬線和連接在第一金屬線兩端且被第一金屬線垂直平分的兩根第二金屬線；這樣的工字形人造微結構2還可以進一步衍生，得到工字形的衍生形，如圖4所示，其除了第一金屬線201、第二金屬線202外，還包括 分別連接在每根第二金屬線202兩端且被第二金屬線202垂直平分的第三金屬線203、分別連接在每根第三金屬線203兩端且被第三金屬線203垂直平分的第四金屬線204，依此類推，繼續(xù)衍生。同樣，本發(fā)明的人造微結構2還可以是十字形的衍生形，其包括兩根垂直且互相平分構成十字形的第一金屬線201，還包括分別連接在每根第一金屬線201兩端且被第一金屬線201垂直平分的第二金屬線202，構成的衍生形如圖3所示；進一步地，如圖5所示，當人造微結構除第一、第二金屬線外，還可包括分別連接在每根第二金屬線202兩端且被第二金屬線202垂直平分的第三金屬線203，以及分別連接在每根第三金屬線203兩端且被每根第三金屬線203垂直平分的第四金屬線204。還可以依此類推，得到其他衍生結構。在其他十字形的衍生形的實施例中，如圖6所示，人造微結構2包括四個相同的支路210，且四個支路210共一端點，任一支路210以所述端點為旋轉中心依次旋轉90度、180度、270度后依次分別于其他三個支路210重合。每個支路210 —端與其他三個支路210共端點連接，另一端為自由端，兩端之間設置有至少一個彎折部。這里的彎折部可以為直角彎折，如圖6所示，也可以是尖角彎折或圓角彎折。自由端的外部還可連接有直線段或者其他曲線。這樣的人造微結構2為各向同性結構，其在所在的平面的各個方向上對電磁波的響應特征均相同，上述如圖3、圖5的十字形的衍生形人造微結構也具有這樣的特性。當人造微結構2為螺旋形時，也能達到高介電常數(shù)的特性，其結構如圖7、圖8和圖9所示。圖7是一根絲線的兩端分別順時針、逆時針螺旋，圖8是一根絲線對折后同步螺旋，圖9是四根相同的螺旋線共一外端點而連成的結構。這樣的螺旋結構都能使第一超材料塊具有較高的介電常數(shù)，從而起到降低頻點的作用。為了進一步增加諧振腔的降頻特性，如圖2所示，在另一實施例中，本發(fā)明的諧振腔除了如圖I所示的所有部件和結構以外，還在輸入端50和輸出端5末端分別接觸有一第二超材料板7，兩個第二超材料板7分別位于上述兩個腔室內(nèi)，且不與第一超材料板I接觸。此時，調(diào)節(jié)調(diào)諧螺桿6，會改變諧振腔內(nèi)的耦合形式，從而使得頻率和差損變得可調(diào)。第二超材料板7與第一超材料板I 一樣，也是有至少一個超材料片層構成，其可采用與上述第一超材料板I完全相同的基板3和人造微結構2，也可以不同，但尺寸應小于第一超材料板I。
通過仿真發(fā)現(xiàn)，采用圖I所示的諧振腔，當其不放置第一超材料板I時，其S參數(shù)仿真圖如圖10所示，由圖可知其只有一個諧振頻率且約為9. SGHz ;當其放入第一超材料板I且第一超材料板I包括五片如圖3所示的超材料片層時，得到的S參數(shù)仿真圖如圖11所示，由圖可知，增加了超材料以后，上述諧振腔從6. 275GHz到6. 324GHz之間形成通帶，帶寬約50MHz，顯然諧振頻率也相較于之前的9. 8GHz有了明顯降低。因此，采用本發(fā)明的加入了第一超材料板的諧振腔，可以形成至少兩個諧振腔組合才能形成的帶寬，同時諧振頻率也能得到降低。上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權利要求
1.一種諧振腔，包括腔體、分別裝在腔體兩側內(nèi)壁上的輸入端和輸出端，其特征在于，還包括設置在腔體內(nèi)的第一超材料板，所述第一超材料板將所述腔體隔成兩個連通的腔室，所述輸入端、輸出端分別位于兩個腔室內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述第一超材料板包括至少一個超材料片層，每個超材料片層包括非金屬材料制成的基板和附著在所述基板上的多個人造微結構，每個人造微結構為導電材料的絲線組成的具有幾何圖形的平面或立體結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的諧振腔，其特征在于，所述多個人造微結構在所述基板表面上呈周期性排布，每個人造微結構均相同。
4.根據(jù)權利要求I所述的諧振腔，其特征在于，所述兩個腔室內(nèi)分別各設置有一個第二超材料板，兩個第二超材料板分別與所述輸入端和輸出端接觸耦合連接。
5.根據(jù)權利要求2所述的諧振腔，其特征在于，所述人造微結構為工字形或者工字形的衍生形。
6.根據(jù)權利要求2所述的諧振腔，其特征在于，所述人造微結構為十字形或者十字形的衍生形。
7.根據(jù)權利要求6所述的諧振腔，其特征在于，所述十字形的衍生形具有四個相同的支路，任一支路以一點為旋轉中心依次旋轉90度、180度、270度后依次分別于其他三個支路重合。
8.根據(jù)權利要求7所述的諧振腔，其特征在于，每個支路一端與其他三個支路共端點連接，另一端為自由端，兩端之間設置有至少一個彎折部。
9.根據(jù)權利要求2所述的諧振腔，其特征在于，所述人造微結構為絲線繞成螺旋形的結構。
10.根據(jù)權利要求2所述的諧振腔，其特征在于，所述基板由陶瓷、環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、FR-4、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料、SiO2制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種諧振腔，包括腔體、分別裝在腔體兩側內(nèi)壁上的輸入端和輸出端，還包括設置在腔體內(nèi)的第一超材料板，所述第一超材料板將所述腔體隔成兩個連通的腔室，所述輸入端、輸出端分別位于兩個腔室內(nèi)。采用本發(fā)明，可以依靠單個諧振腔實現(xiàn)帶寬，在實現(xiàn)相同帶寬的情況下能有效減少濾波器中諧振腔的個數(shù)，從而有效減小濾波器的體積。
文檔編號H01P7/06GK102945997SQ20111023330
公開日2013年2月27日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權日2011年8月16日
發(fā)明者劉若鵬, 欒琳, 劉京京, 鐘果, 劉堯, 蘇翠 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司