一种基于波导的微波选频器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于带隙闭环的微波选频器件，其包括闭环状带隙结构、输入波导和输出波导，闭环状带隙结构为由内环金属薄片、外环金属薄片、上方金属薄片和下方金属薄片首尾相连包围形成的闭环柱状结构，闭环状带隙结构的内环横截面积与外环横截面积之比大于90％，闭环状带隙结构侧边分别设置有输入端口和输出端口，输入端口与输入波导的端口连接，输出端口与输出波导的端口连接，相比目前的微波选频技术，该波导滤波选频器件具有选频灵敏准确，透射率调节方便灵活，结构简单不易损坏，拆装灵活，传输稳定损耗小、承受功率大等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于波导的微波选频器件
本专利技术属于微波领域，具体涉及一种基于带隙闭环的微波选频器件。
技术介绍
微波选频器件研发是微波工程领域一个重要的方向。微波选频器件在各种微波射频设备中均有着广泛的应用。目前的微波选频器件主要采用两种技术途径实现，即采用LC元件的选频电路多级串联来实现，或者采用微带滤波选频来实现。然而，对于LC元件的选频电路多级串联这种实现方式来说，滤波精度要求越高，需要串联的LC选频电路就越多，造成此类高精度滤波器件成本居高不下，结构复杂，LC元件容易损坏，承受的功率也小，不适用于大功率微波射频设备，且使用额频率也比较低，不适用于高频滤波。进一步的，采用微带滤波选频，这种方式频率响应慢，传输损耗大，滤波选频曲线较平滑，选频灵敏度差，承受的功率也比较小。同时，通过波导金属盒中介质填充，仅在波导盒截止频点实现整个结构的与传输线阻抗匹配，令处于波导盒截止频点的电磁波顺利通过而令其他频点电磁波被阻止，从而实现选频特性，该方法可以实现大功率的选频和分频，但对于波导盒中填充介质的电磁参数选择很严格，制备起来比较困难，影响了工程的实际应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于带隙闭环的微波选频器件，旨在解决微波选频器件在实现高频滤波的同时可以进行灵活调整的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于带隙闭环的微波选频器件，微波选频器件包括闭环状带隙结构、输入波导和输出波导，闭环状带隙结构为由内环金属薄片、外环金属薄片、上方金属薄片和下方金属薄片首尾相连包围形成的闭环柱状结构，闭环状带隙结构的内环横截面积与外环横截面积之比大于90％，闭环状带隙结构侧边分别设置有输入端口和输出端口，输入端口与输入波导的端口连接，输出端口与输出波导的端口连接。作为本专利技术的进一步改进，通过改变闭环状带隙结构的高度来调整微波选频器件的截止频率。作为本专利技术的进一步改进，微波选频器件的输入阻抗Z1具体为：Z1＝Z0ao/a1-jωμ0(1-S1/S)S/a1其中，Z0为输入波导的特性阻抗(为实现阻抗匹配，输入波导的特性阻抗和输出波导的特性阻抗相同)，ao为输入端口的宽度，a1为输出端口的宽度，S1为闭环状带隙结构的内环横截面积，S为闭环状带隙结构的外环横截面积，ω为通过该微波选频器件的微波频率，μ0为闭环状带隙结构的闭环内部填充介质的磁导率。作为本专利技术的进一步改进，微波选频器件的等效磁导率μeff具体为：其中，S1为闭环状带隙结构的内环横截面积，S为闭环状带隙结构的外环横截面积。作为本专利技术的进一步改进，闭环状带隙结构的闭环内部填充介质为空气。作为本专利技术的进一步改进，通过改变闭环状带隙结构的闭环内部填充介质来调整微波选频器件的截止频率。闭环状带隙结构的内环横截面与外环横截面可以为任意形状，优选的，闭环状带隙结构的内环横截面与外环横截面均为矩形、三角形或者圆形。作为本专利技术的进一步改进，闭环状带隙结构的内环横截面与外环横截面均为正方形，内环横截面的边长尺寸为168mm，外环横截面的边长尺寸为172.72mm，闭环状带隙结构的高度为63.13mm，闭环状带隙结构的闭环内部填充介质为聚四氟乙烯。作为本专利技术的进一步改进，微波选频器件的截止频率为2.376GHz。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术的一种基于带隙闭环的微波选频器件，其通过采用双层金属框嵌套组成的闭环带隙结构，通过设置闭环状带隙结构的高度以及闭环状带隙结构的内环横截面积与外环横截面积之比，则整个结构就只能允许波导盒截至频率点上的电磁波通过，且同时保障其通过比，而其他频率电磁波将被阻止，从而实现滤波选频的功能。本专利技术的一种基于带隙闭环的微波选频器件，其通过改变所述闭环状带隙结构的高度来调整所述微波选频器件的截止频率，还可以通过改变所述闭环状带隙结构的闭环内部填充介质来调整所述微波选频器件的截止频率，相比目前的微波选频技术，该波导滤波选频器件具有选频灵敏准确，透射率调节方便灵活，结构简单不易损坏，拆装灵活，传输稳定损耗小、承受功率大等优点。本专利技术的一种基于带隙闭环的微波选频器件，其通过将闭环状带隙结构的内环横截面与外环横截面均设置为正方形，同时通过设置内环横截面和外环横截面的边长尺寸，并设置闭环状带隙结构的闭环内部填充介质，以使得该微波选频器件的截止频率为2.376GHz，同时保障整个结构的电磁波透射率。本专利技术的一种基于带隙闭环的微波选频器件，其通过往往空气带隙被填满了其他非导电的介质(如液体、其他类型气体，改变即带隙中物质的介电常数)，可以有效调节该结构的选频点(即截止频率)，实现选频点的灵活调节。附图说明图1为本专利技术实施例的一种基于带隙闭环的微波选频器件的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本专利技术进一步详细说明。一种基于带隙闭环的微波选频器件，微波选频器件包括闭环状带隙结构、输入波导和输出波导，闭环状带隙结构为由内环金属薄片、外环金属薄片、上方金属薄片和下方金属薄片首尾相连包围形成的闭环柱状结构，闭环状带隙结构的内环横截面积与外环横截面积之比大于90％，闭环状带隙结构侧边分别设置有输入端口和输出端口，输入端口与输入波导的端口连接，输出端口与输出波导的端口连接。通过上述方式，可以在介电常数近零(ENZ)媒质中填充理想导体(PEC)，且该PEC在ENZ媒质中的体积占比大于90％，则这种包含PEC的ENZ媒质结构也可以等效为一个优良的磁导率和介电常数双近零(EMNZ)媒质，从而保证电磁波顺利无损耗的通过。作为一个优选的示例，通过改变闭环状带隙结构的高度来调整微波选频器件的截止频率。作为一个优选的示例，假设有一个截面为任意形状，截面积为S的ENZ介质，其磁导率为μr0(这里μr0为任意实数)，一束电磁波从左往右垂直入射于该ENZ媒质上，电磁波的磁场H方向沿着y轴，此时由于波阻抗不匹配，电磁波在ENZ媒质的入射面上被大量反射，无法有效的穿过该媒质。随后在该ENZ媒质的中掺入截面积为S1的PEC材料。因此，可以推导出上述微波选频器件的输入阻抗Z1具体为：Z1＝Z0ao/a1-jωμ0(1-S1/S)S/a1其中，Z0为输入波导的特性阻抗(为实现阻抗匹配，输入波导的特性阻抗和输出波导的特性阻抗相同)，ao为输入端口的宽度，a1为输出端口的宽度，S1为闭环状带隙结构的内环横截面积，S为闭环状带隙结构的外环横截面积，ω为通过该微波选频器件的微波频率，μ0为闭环状带隙结构的闭环内部填充介质的磁导率。作为一个优选的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于带隙闭环的微波选频器件，其特征在于，所述微波选频器件包括闭环状带隙结构、输入波导和输出波导，所述闭环状带隙结构为由内环金属薄片、外环金属薄片、上方金属薄片和下方金属薄片首尾相连包围形成的闭环柱状结构，所述闭环状带隙结构的内环横截面积与外环横截面积之比大于90％，所述闭环状带隙结构侧边分别设置有输入端口和输出端口，所述输入端口与输入波导的端口连接，所述输出端口与输出波导的端口连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于带隙闭环的微波选频器件，其特征在于，所述微波选频器件包括闭环状带隙结构、输入波导和输出波导，所述闭环状带隙结构为由内环金属薄片、外环金属薄片、上方金属薄片和下方金属薄片首尾相连包围形成的闭环柱状结构，所述闭环状带隙结构的内环横截面积与外环横截面积之比大于90％，所述闭环状带隙结构侧边分别设置有输入端口和输出端口，所述输入端口与输入波导的端口连接，所述输出端口与输出波导的端口连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于带隙闭环的微波选频器件，其特征在于，通过改变所述闭环状带隙结构的高度来调整所述微波选频器件的截止频率。


3.根据权利要求1所述的一种基于带隙闭环的微波选频器件，其特征在于，所述微波选频器件的输入阻抗Z1具体为：
Z1＝Z0ao/a1-jωμ0(1-S1/S)S/a1
其中，Z0为输入波导的特性阻抗，ao为输入端口的宽度，a1为输出端口的宽度，S1为闭环状带隙结构的内环横截面积，S为闭环状带隙结构的外环横截面积，ω为通过该微波选频器件的微波频率，μ0为闭环状带隙结构的闭环内部填充介质的磁导率。


4.根据权利要求1所述的一种基于带隙闭环的微波选频器件，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林，朱婷婷，王宁，谢慧，张志刚，吴华宁，冯慧婷，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42