本發(fā)明涉及射頻元件，更具體地說，涉及一種諧振子。

背景技術(shù)：
超材料(metamaterial)，特指一種對電磁場有特殊響應(yīng)的人工材料，包括基板和附著在基板上周期性排布的人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。把基板按與人造微結(jié)構(gòu)相同的排布規(guī)律虛擬地劃分為一個個周期性排布的基板單元，每個人造微結(jié)構(gòu)及其所附著的基板單元共同構(gòu)成一個材料單元，則該超材料可以看作是由材料單元以上述周期性排布而成的。人造微結(jié)構(gòu)通常為導(dǎo)電材料如金屬的絲線組成具有一定幾何圖形的結(jié)構(gòu)，例如“工”字形，這些結(jié)構(gòu)在電磁場中可被等效為電容、電感的組成電路，使得每個材料單元具有不同于基板的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，因此通過設(shè)計特定形狀的人造微結(jié)構(gòu)可以使超材料具有特定的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。人造微結(jié)構(gòu)的長、寬尺寸通常在所要響應(yīng)的電磁波波長的二分之一以內(nèi)，優(yōu)選在十分之一或十分之一以下，以使材料單元對電磁波的響應(yīng)對電磁波來說在空間上是連續(xù)的。當(dāng)然，人造微結(jié)構(gòu)在滿足波長的二分之一以內(nèi)的條件下，可以盡可能地小，但是通常從簡化設(shè)計、簡化加工工序、降低成本的角度考度，選在十分之一附近即可。超材料可以作為諧振子用在腔體濾波器中，因此可以通過設(shè)計人造微結(jié)構(gòu)來達(dá)到提高介電常數(shù)、從而在同等諧振頻率下減小濾波器體積的目的。但是現(xiàn)有的矩形陣列排布的人造微結(jié)構(gòu)，雖然具有較高的介電常數(shù)，但是由人造微結(jié)構(gòu)自身的導(dǎo)電材料尤其是金屬帶來了較大的渦流損耗，從而大大降低了濾波器的Q值，不能滿足市場上對腔體濾波器的Q值要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述超材料做的諧振子損耗大的缺陷，提供一種介電常數(shù)高而損耗小的諧振子。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種諧振子，包括至少一個超材料片層，每個超材料片層包括基板和附著在所述基板表面上的多個導(dǎo)電材料制成的人造微結(jié)構(gòu)，且所述多個人造微結(jié)構(gòu)沿所述基板表面的邊緣圍成一周，每個人造微結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電材料制成的片狀結(jié)構(gòu)，包括第一基片以及位于所述第一基片一側(cè)的第二基片、第三基片，且所述第二基片、第三基片沿所述基板徑向間隔排布。在本發(fā)明所述的諧振子中，所述多個人造微結(jié)構(gòu)以基板表面的中心為圓心成圓周分布。在本發(fā)明所述的諧振子中，所述基板為圓盤形，且中部設(shè)有通孔。在本發(fā)明所述的諧振子中，所述諧振子包括多個疊加在一起的相同的超材料片層，且各超材料片層的基板中心共線。在本發(fā)明所述的諧振子中，所述諧振子包括多個完全相同的超材料片層，且各超材料片層的中心共線，每個基板上的人造微結(jié)構(gòu)及其排布均相同。在本發(fā)明所述的諧振子中，所述超材料片層的基板為陶瓷，所述多個超材料片層通過低溫共燒工藝疊加并制成一體。在本發(fā)明所述的諧振子中，所述第一基片、第二基片和第三基片均為正方形方片，且第二基片和第三基片完全相同。在本發(fā)明所述的諧振子中，所述第一基片、第二基片和第三基片為半圓形、四角被倒圓角的方片或者橢圓形。在本發(fā)明所述的諧振子中，所述導(dǎo)電材料為銅、銀、銦錫氧化物、摻鋁氧化鋅、碳納米管導(dǎo)電薄膜或者導(dǎo)電塑料。在本發(fā)明所述的諧振子中，所述基板由環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、鐵氧體或SiO2制成。實(shí)施本發(fā)明的諧振子，具有以下有益效果：本發(fā)明的諧振子具有較高介電常數(shù)且損耗較低，具有這種諧振子的濾波器因?yàn)榻殡姵?shù)高而降低諧振頻率進(jìn)而減小體積，同時由于損耗低而具有較高的Q值。附圖說明下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：圖1是本發(fā)明的諧振子應(yīng)用在諧振腔中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示的第一實(shí)施例的諧振子的俯視圖；圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的諧振子的示意圖；圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例的諧振子的示意圖；圖5是本發(fā)明第四實(shí)施例的諧振子的示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明涉及一種諧振子，如圖1所示，該諧振子可置于諧振腔中用來制備濾波器，用來降低諧振腔的諧振頻率從而在同等諧振頻率的條件下減小濾波器體積，并且損耗小，Q值高。諧振腔通常包括腔體、蓋在腔體上的腔蓋以及裝在腔體上的輸入端、輸出端，圖1示出的是腔體和腔蓋圍成的腔室1。諧振子2位于腔室1內(nèi)，且為了使諧振子2位于腔室1中部，通常還在諧振子2底部設(shè)置有透波材料如泡沫塑料、氧化鋁等制成的支撐座。腔蓋上可設(shè)置部分伸入腔室內(nèi)的調(diào)諧螺桿，用來調(diào)諧諧振腔的諧振頻率。第一實(shí)施例的諧振子如圖1、圖2所示，包括三個超材料片層和位于超材料片層底部的陶瓷諧振子，每個超材料片層包括基板3和附著在基板3表面上的多個導(dǎo)電材料制成的人造微結(jié)構(gòu)4?；?通常選用聚四氟乙烯、FR-4、環(huán)氧樹脂、鐵氧體、SiO2、陶瓷等非金屬材料，優(yōu)選陶瓷，因?yàn)樘沾刹牧嫌绕涫翘胤N陶瓷的介電常數(shù)較高，可滿足諧振子對介電常數(shù)和低損耗的要求。多個超材料片層可以直接疊加在一起，也可通過一定的制備工藝?yán)绲蜏毓矡夹g(shù)制成一體。基板3可以是任意平面形狀的板，這些人造微結(jié)構(gòu)4沿所在基板3的表面邊緣圍成一周。這里的表面邊緣，是指盡量遠(yuǎn)離基板中心的表面區(qū)域，通常也即基板外輪廓附近的基板表面，尤指人造微結(jié)構(gòu)4的位置使得其以外的表面區(qū)域不足以放置另一個人造微結(jié)構(gòu)的情況，此時效果最佳。顯然，即便人造微結(jié)構(gòu)以外的表面區(qū)域也可以放置另一人造微結(jié)構(gòu)的情況，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，只要至少基板中心與該人造微結(jié)構(gòu)中心的連線大于該連線延長至基板邊緣的總長度的二分之一即可。本文所述的徑向，即為該基板中心與基板邊緣任一點(diǎn)連線所在的方向。根據(jù)常規(guī)的諧振子形狀，本實(shí)施例的基板3優(yōu)選為圓盤形，如圖2所示，圓盤中部有共圓心的通孔。當(dāng)諧振子2包括多個超材料片層時，每個超材料片層的基板3完全相同，且各基板3的通孔共中心軸地設(shè)置，每個基板3上的人造微結(jié)構(gòu)4具有相同的結(jié)構(gòu)和排布。圖2中，人造微結(jié)構(gòu)4有12個，并以基板3的圓心為圓心成圓周分布地圍成一圈。每個人造微結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電材料制成的片狀結(jié)構(gòu)，包括第一基片以及位于所述第一基片一側(cè)的第二基片、第三基片，且所述第二基片、第三基片沿所述基板徑向間隔排布。本實(shí)施例中，每個基片為正方形方片，第二基片和第三基片相同且約為第一基片的四分之一。每個人造微結(jié)構(gòu)4的尺寸在亞波長范圍，即例如已知諧振腔的諧振頻率f，即可推算出其電磁場的波長λ，則人造微結(jié)構(gòu)4的尺寸在λ/10左右，根據(jù)測算可知，尺寸例如長、寬、直徑或者當(dāng)量直徑(即面積除以周長)的兩倍小于λ/4，同時相鄰兩人造微結(jié)構(gòu)之間的距離也滿足小于λ/4，即可獲得對于電磁波來說是連續(xù)的電磁響應(yīng)特性。本實(shí)施例中，人造微結(jié)構(gòu)4的尺寸在λ/50左右。除了圖2所示的形狀，人造微結(jié)構(gòu)4的第一、第二、第三基片還可以為其他片狀結(jié)構(gòu)，如圖3所示；例如，可以為四角被倒圓角的方片形，如圖3所示；也可以是半圓形，如圖4所示；基板可以不是圓盤形，也可以是方形，則人造微結(jié)構(gòu)4沿方形基板3的邊緣排布，如圖5所示，排布方式不是以一點(diǎn)為圓心成圓周排布，而是每個人造微結(jié)構(gòu)相互平行(即其中一個人造微結(jié)構(gòu)通過平移可以與另一個人造微結(jié)構(gòu)重合)。制成人造微結(jié)構(gòu)4的導(dǎo)電材料為金屬例如銅、銀、金或它們的化合物，也可以是非金屬例如銦錫氧化物、摻鋁氧化鋅、碳納米管導(dǎo)電薄膜或者導(dǎo)電塑料。設(shè)有人造微結(jié)構(gòu)4的基板3作為諧振子2放入諧振腔中，由于人造微結(jié)構(gòu)4的導(dǎo)電材料會在電磁場中形成偶極子，從而提高諧振子2的介電常數(shù)；人造微結(jié)構(gòu)4越多，則整個諧振子2的介電常數(shù)越高；介電常數(shù)越高，意味著在實(shí)現(xiàn)相同諧振頻率的條件下，諧振腔的體積可以做的更小，從而降低成本。但作為諧振子，除了介電常數(shù)，還有另一個重要參數(shù)，即品質(zhì)因子，簡稱Q值。Q值是表征諧振子在諧振腔中所帶來的損耗，Q值越高，表明損耗越小，反之越大。每個人造微結(jié)構(gòu)4內(nèi)部由于電磁場的作用會產(chǎn)生渦流，從而損耗電磁波能量，降低Q值。人造微結(jié)構(gòu)4越多，顯然，所引起的損耗也越大。當(dāng)諧振腔內(nèi)激發(fā)電磁場時，絕大部分電場和磁場都集中在諧振子內(nèi)部，即諧振子2內(nèi)部的電場和磁場最強(qiáng)，腔室空間其他部分的場強(qiáng)非常弱。而在諧振子2內(nèi)部，電場、磁場分布也是不均勻的，靠近中間通孔的位置場強(qiáng)大，而靠近外側(cè)邊緣的部分則場強(qiáng)較弱。場強(qiáng)大的位置交變場的強(qiáng)度也越大，反之越小。而人造微結(jié)構(gòu)相同的條件下，交變場的強(qiáng)弱決定了人造微結(jié)構(gòu)上所形成渦流的強(qiáng)弱，交變場越大，渦流較大，交變場越小，渦流較小甚至不會產(chǎn)生渦流，因而由渦流帶來的損耗也越小。因此，本發(fā)明基于超材料技術(shù)設(shè)計人造微結(jié)構(gòu)4，同時又基于諧振子2的損耗分布調(diào)整傳統(tǒng)超材料片層上的人造微結(jié)構(gòu)4分布，將原來的周期性矩形陣列排布的人造微結(jié)構(gòu)改為只在基板3邊緣排布一周。這樣設(shè)計的好處在于，利用人造微結(jié)構(gòu)4來提高介電常數(shù)，在實(shí)現(xiàn)相同諧振頻率的條件下減小諧振腔體積；另一方面，避開場強(qiáng)較大的諧振子2中部，而是排布在基板3邊緣，因?yàn)榛暹吘増鰪?qiáng)小，所引起的渦流小，進(jìn)而損耗小，Q值的減小量也相應(yīng)小一些。只要Q值的減小量便控制在合理范圍內(nèi)，都是可以允許的。同時，由于渦流產(chǎn)生的損耗量與人造微結(jié)構(gòu)的面積的平方成正比，因此將人造微結(jié)構(gòu)劃分為幾個基片后，在圖1所示的實(shí)施例中，假設(shè)第一基片為邊長為a的正方形，第二、第三基片的邊長近似為a/2的正方形，假設(shè)損耗系數(shù)為f，則不劃分基片前的損耗為f(a×3a/2)2＝9/4fa4，劃分基片后的損耗為f[(a2)2+(a/2)4+(a/2)4]＝9/8fa4，因此前者是后者的兩倍。雖然實(shí)際損耗并不會如此精確地比例關(guān)系，但是由此可見，采用本發(fā)明的人造微結(jié)構(gòu)4，能有效降低損耗。為了驗(yàn)證上述結(jié)論，本發(fā)明對第一實(shí)施例進(jìn)行仿真。采用的對比例為沒有人造微結(jié)構(gòu)的陶瓷諧振子，介電常數(shù)為40、Q值為10254的陶瓷材料，高度10.9mm，外徑24mm，內(nèi)徑6mm，測得諧振頻率為2.1GHz。選擇外徑也為24mm、內(nèi)徑6mm、高4.2mm、材質(zhì)與上述相同的陶瓷諧振子和三個通幽同樣外徑和內(nèi)徑、分別高0.8mm的超材料片層，每個人造微結(jié)構(gòu)的第一基片為2mm×2mm的正方形銅片，第二基片、第三基片均為0.95mm×0.95mm的正方形銅片，它們的厚度僅為0.018mm，第二、第三基片之間相隔0.1mm，第一基片與后兩者之間的間隙也為0.1mm。三個超材料片層與陶瓷諧振子在制備過程中就通過低溫共燒(LTCC)工藝制成為一體結(jié)構(gòu)。測得該諧振子的諧振頻率也為2.1GHz，而Q值為5298。也就是說，在實(shí)現(xiàn)相同諧振頻率下，本發(fā)明的具有人造微結(jié)構(gòu)的諧振子與現(xiàn)有的純粹的陶瓷諧振子相比，體積約減小了44％，而Q值的降低量并不太大。由于諧振腔的尺寸一般是基于長、寬約為諧振子外徑的1.5倍、高約為諧振子高度的3倍的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計的，因此，采用本發(fā)明的諧振子能夠?qū)⒅C振腔腔體體積同比減小44％，能夠大大降低材料成本和加工成本。若上述人造微結(jié)構(gòu)不按照圓周分布，而是以各人造微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)排布成行間距為2.1mm、列間距為3.1mm的矩形陣列的方式對稱排布滿同樣的基板表面，其他條件均不改變，則測得的諧振子的Q值為3608，諧振頻率為2.0GHz。此時雖然諧振頻率降得夠低，但是Q值不滿足諧振腔的要求，也是不行的。由以上數(shù)據(jù)可知，采用常規(guī)分布的超材料及人造微結(jié)構(gòu)，雖然諧振頻率有所降低，但Q值的降低更明顯，使得Q值不滿足諧振子的要求；而具有本發(fā)明的人造微結(jié)構(gòu)分布的諧振子，諧振頻率也可以降低到一定程度，而Q值降低量并不明顯，因此本發(fā)明的諧振子在減小諧振腔體積的同時滿足對損耗的要求。上面結(jié)合附圖對本發(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)。