專利名稱：磁電可調(diào)微波帶阻濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可調(diào)的微波器件，特別涉及一種磁電可調(diào)的微波帶阻濾波
背景技術(shù)：
微波帶阻濾波器作為一種隔離信號頻率的器件，其提供了微波頻段下的頻率選擇特性，在長距離衛(wèi)星通信領(lǐng)域、相控陣雷達系統(tǒng)以及信號處理設備中具有廣泛的應用。磁電層合材料由于具有雙相可調(diào)特性，其擁有快速電可調(diào)控制響應以及寬頻帶的磁可調(diào)性能。 同時，由于其工作噪聲低，能量損耗小，在可調(diào)微波器件中的應用具有廣闊的前景。目前，利用單鐵磁相制成的磁調(diào)微波帶阻濾波器如YIG濾波器等存在著能量損耗大，不易于集成， 響應時間慢等缺點，由于缺少了壓電相，其無法實現(xiàn)小頻帶范圍內(nèi)的精確調(diào)節(jié)性能。同時， 利用普通微帶結(jié)構(gòu)如單導帶結(jié)構(gòu)或耦合帶結(jié)構(gòu)制成磁電微波器件存在帶寬小、阻帶衰減性能差，無法達到產(chǎn)業(yè)應用指標等缺點。因此，現(xiàn)有的可調(diào)微波帶阻濾波器普遍存在無法精確實現(xiàn)可調(diào)性能、損耗大，且?guī)?nèi)衰減低，帶寬小等不足。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種磁電可調(diào)微波帶阻濾波器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案是該磁電可調(diào)微波帶阻濾波器包括絕緣基底，在所述絕緣基底的上表面上，沿絕緣基底的長度方向由絕緣基底的一端到另一端粘合有金屬導帶，所述金屬導帶與絕緣基底的長度相同；所述金屬導帶沿信號源的傳遞方向依次為第一區(qū)段和第二區(qū)段，其中，第一區(qū)段呈階躍型結(jié)構(gòu)，第二區(qū)段呈梳狀結(jié)構(gòu)；在所述金屬導帶的上表面粘合有磁電層合結(jié)構(gòu)單元，所述磁電層合結(jié)構(gòu)單元由自下而上依次粘合的石榴石基底、鐵磁體、第一金屬電極、壓電體和第二金屬電極組成；所述磁電層合結(jié)構(gòu)單元置于一對電磁鐵的磁場內(nèi)且所述電磁鐵的兩個磁鐵分別置于金屬導帶的兩端位置。進一步地，本實用新型所述壓電體替換為鐵電體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是本實用新型采用金屬導帶以及磁電層合結(jié)構(gòu)單元設計磁電可調(diào)微波帶阻濾波器。 由于磁電層合結(jié)構(gòu)單元的雙相可調(diào)特性，當電磁鐵在磁電層合結(jié)構(gòu)單元上施加特定磁場時，由于鐵磁體的鐵磁共振效應，磁電層合結(jié)構(gòu)單元能在可預測頻段上產(chǎn)生阻帶吸收峰，該吸收峰能通過調(diào)節(jié)磁場的大小在較大范圍內(nèi)進行可預測的磁場調(diào)節(jié)。同時，該吸收峰也能通過施加在壓電體兩端的電壓實現(xiàn)小范圍頻段內(nèi)電壓的精確調(diào)節(jié)。金屬導帶的第一區(qū)段呈階躍型結(jié)構(gòu)，可以提供有效的低通功能，保證了微波信號的可靠傳輸；金屬導帶的第二區(qū)段呈梳狀結(jié)構(gòu)可以通過有效的帶通功能，有效地濾除由于金屬導帶結(jié)構(gòu)復雜性在鐵磁體內(nèi)激勵起的高次模以及其他混合模。同時，該金屬導帶結(jié)構(gòu)能有效地增強偏置磁場在鐵磁體內(nèi)部的耦合作用，加強了鐵磁共振的能量吸收，擴大了阻帶內(nèi)的衰減和帶寬。通過示例可以發(fā)現(xiàn)，在IOGHz頻段內(nèi)，本實用新型的金屬導帶沿信號源的傳遞方向依次設計為階躍型結(jié)構(gòu)和梳狀結(jié)構(gòu)，能有效地使插入損耗衰減降低到-30dB，-20dB內(nèi)的有效帶寬達到60M。本實用新型克服了傳統(tǒng)可調(diào)微波器件可調(diào)性能低下，帶寬小，阻帶衰減性能差等缺點，適合無線通信中寬頻帶可調(diào)性應用。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明；

圖1是本實用新型磁電可調(diào)微波帶阻濾波器的一種實施方式的俯視圖；圖2是圖1中的I-I放大圖；圖3是圖2中的金屬導帶的II-II剖視放大圖；圖4是本實用新型磁電可調(diào)微波帶阻濾波器的一種實施方式在8-llGHz內(nèi)阻帶吸收峰的磁可調(diào)線性偏移圖。圖5是本實用新型磁電可調(diào)微波帶阻濾波器的一種實施方式在IO-IlGHz內(nèi)的電可調(diào)線性偏移圖；圖中，1為絕緣基底，2為金屬導帶，3為信號輸入端口，4為信號輸出端口，5為磁電層合結(jié)構(gòu)單元，6為電磁鐵，71為第一金屬電極，72為第二金屬電極，8為壓電體，9為鐵磁體，10為石榴石基底。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型磁電可調(diào)微波帶阻濾波器由絕緣基底1、金屬導帶2、磁電層合結(jié)構(gòu)單元5和一對電磁鐵6組成。絕緣基底1可以選擇氧化鋁、GaAs和ROGERS等絕緣材料，為保證微波信號良好的傳輸性能，其相對介電常數(shù)最佳取值在8-12之間。同時，通過改變電磁鐵6上的電流大小可以準確的調(diào)整電磁鐵6內(nèi)部磁場的大小以作用于磁電層合結(jié)構(gòu)單元5。如圖2所示，磁電層合結(jié)構(gòu)單元5粘接在金屬導帶2的上表面。在磁電層合結(jié)構(gòu)單元5中，由下至上依次為石榴石基底10、鐵磁體9、第一金屬電極71、壓電體8、第二金屬電極72，各層之間由環(huán)氧樹脂粘合。磁電層合結(jié)構(gòu)單元5置于電磁鐵6的磁場內(nèi)。在如圖1、圖2所示的磁電層合結(jié)構(gòu)單元5中，選用高頻微波鐵氧體如YIG或NZFO 等飽和磁化強度較大的鐵磁性材料作為鐵磁體9可以在微波頻段上產(chǎn)生強烈的鐵磁共振效應以達到較好的濾波功能。第一金屬電極71、第二金屬電極72可選用金或銀等雜質(zhì)較少的良導體，同時，通過改變兩金屬電極的正負方向和大小可以使壓電體8中的均勻電場方向和大小發(fā)生改變，從而改變阻帶吸收峰的偏移方向和大小。壓電體8可選用PZT或PMN-PT 等壓電材料，當選用壓電系數(shù)較大的材料如PMN-PT時，其在鐵磁體9內(nèi)產(chǎn)生的等效磁場的偏移也會增大。同時，壓電體8可替換為BST或BaTiO等鐵電體，利用鐵電體的高介電常數(shù)可以實現(xiàn)器件的小型化以及較低的能量損耗。如圖3所示，金屬導帶2與絕緣基底1的長度相同，金屬導帶2沿信號源的傳遞方向具有兩個區(qū)段，依次為第一區(qū)段A和第二區(qū)段B。第一區(qū)段A呈階躍型結(jié)構(gòu)，第二區(qū)段B 呈梳狀結(jié)構(gòu)。其中，第一區(qū)段A可由2階至10階階躍型結(jié)構(gòu)構(gòu)成，它可以提供有效的低通功能，保證信號源的有效傳輸；第二區(qū)段B可由2階至4階的半波長梳狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，它可以提供可靠的帶通功能，能有效地濾除由于導帶結(jié)構(gòu)復雜性在鐵磁體內(nèi)激勵起的高次模以及其他混合模。同時，該金屬導帶2能有效地增強偏置磁場在鐵磁體內(nèi)部的耦合作用，加強了鐵磁共振的能量吸收，擴大了阻帶內(nèi)的衰減和帶寬。本實用新型磁電雙可調(diào)的微波雙帶阻濾波器的實現(xiàn)原理為當電磁鐵6在磁電層合結(jié)構(gòu)單元5上施加特定磁場時，由于鐵磁體9的鐵磁共振效應，磁電層合結(jié)構(gòu)單元5能在可預測頻段上產(chǎn)生阻帶吸收峰。由于不同鐵磁體9的材料性能的不同，該阻帶吸收峰能通過調(diào)節(jié)磁場的大小在0-10G范圍內(nèi)進行可預測調(diào)節(jié)。同時， 通過轉(zhuǎn)接線在壓電體8上下表面的金屬電極上施加電壓，可以在壓電體8內(nèi)部形成近似均勻的電場，通過逆壓電效應，該均勻電場可促使壓電體8產(chǎn)生應變。同時，通過磁電層合結(jié)構(gòu)單元5之間的能量捆綁效應，最終會在鐵磁體9中形成等效磁場的偏移，從而影響鐵磁共振吸收峰的偏移以達到電可調(diào)的目的。以下舉例說明以IOG頻段為例，絕緣基底1選用氧化鋁，尺寸為10mmX25mmX0. 25mm,相對介電常數(shù)為10;金屬導帶2選用厚度為0. Olmm的銅。第一區(qū)段A選用10階階躍型結(jié)構(gòu)，其中，高阻抗為 80Ω ,低阻抗為30Ω。第二區(qū)段為4階半波長梳狀結(jié)構(gòu)，提供了 8-11G內(nèi)有效的帶通
功能，能有效地濾除鐵磁體內(nèi)的高次模和其他混合模。磁電層合結(jié)構(gòu)單元5由下至上依次為GGG基底、YIG膜、銀膜、PZT層、銀膜。其中，GGG的尺寸為7_X22mX0. 2mm，YIG 膜的尺寸為7_X2anX0. 015_，銀膜的尺寸為7_Χ2^ιΧ0. 005mm, PZT層的尺寸為 7mmX 22mmX0. 5mm，各層之間由環(huán)氧樹脂粘合。微波信號從圖1和圖2所示的信號輸入端口 3輸入，從信號輸出端口 4輸出。該磁電可調(diào)微波帶阻濾波器在8-11G的磁調(diào)性能如圖4 所示，其插入損耗衰減為-25dB，在IlG頻帶其-20dB以下有效帶寬接近60M。圖5顯示了
IOG頻帶的電調(diào)特性曲線，當外加磁場為觀00 Oe外加電場由-20b / cm - 2Qk“cm時，
鐵磁共振曲線能隨著電場大小的改變發(fā)生近似線性的偏移。
權(quán)利要求1.一種磁電可調(diào)微波帶阻濾波器，包括絕緣基底(1)，其特征是在所述絕緣基底(1) 的上表面上，沿絕緣基底(1)的長度方向由絕緣基底(1)的一端到另一端粘合有金屬導帶 (2)，所述金屬導帶(2)與絕緣基底(1)的長度相同；所述金屬導帶(2)沿信號源的傳遞方向依次為第一區(qū)段和第二區(qū)段，其中，第一區(qū)段呈階躍型結(jié)構(gòu)，第二區(qū)段呈梳狀結(jié)構(gòu)；在所述金屬導帶(2)的上表面粘合有磁電層合結(jié)構(gòu)單元(5)，所述磁電層合結(jié)構(gòu)單元(5)由自下而上依次粘合的石榴石基底(10)、鐵磁體(9)、第一金屬電極(71)、壓電體(8)和第二金屬電極(72)組成；所述磁電層合結(jié)構(gòu)單元(5)置于一對電磁鐵(6)的磁場內(nèi)且所述電磁鐵(6) 的兩個磁鐵分別置于金屬導帶(2)的兩端位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁電可調(diào)帶阻濾波器，其特征是所述壓電體(8)替換為鐵電體。
專利摘要本實用新型公開一種磁電可調(diào)微波帶阻濾波器。它包括絕緣基底，在絕緣基底的上表面上，沿絕緣基底的長度方向由絕緣基底的一端到另一端粘合有金屬導帶，金屬導帶與絕緣基底的長度相同；金屬導帶沿信號源的傳遞方向依次為第一區(qū)段和第二區(qū)段，其中，第一區(qū)段呈階躍型結(jié)構(gòu)，第二區(qū)段呈梳狀結(jié)構(gòu)；在金屬導帶的上表面粘合有磁電層合結(jié)構(gòu)單元，磁電層合結(jié)構(gòu)單元由自下而上依次粘合的石榴石基底、鐵磁體、第一金屬電極、壓電體和第二金屬電極組成；磁電層合結(jié)構(gòu)單元置于一對電磁鐵的磁場內(nèi)且電磁鐵的兩個磁鐵分別置于金屬導帶的兩端位置。本實用新型克服了傳統(tǒng)可調(diào)微波器件可調(diào)性能低下、帶寬小、阻帶衰減性能差等缺點，適合無線通信中寬頻帶可調(diào)性應用。
文檔編號H01P1/215GK202094259SQ20112018208
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者周浩淼, 季捷, 宣立明, 李超, 鄧娟湖 申請人:中國計量學院