微波带通滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种微波带通滤波器，包括设有通孔的基材和由多个永磁铁氧体柱组成的磁性光子晶体，所述永磁铁氧体位于通孔中。本发明专利技术的微波带通滤波器具有频带宽，带外抑制高，带内平坦等滤波特性，同时还有体积小、结构简单、加工容易、成本低廉、易于实现等优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带通滤波器，具体是一种微波带通滤波器，更具体是一种磁性光子晶体带通滤波器。
技术介绍
在高性能通信系统中，低损耗和高功率容量的滤波器有着十分重要的作用。为了保证信号波形无畸变的传输，小矩形系数和带内平坦的高性能滤波器是必不可少的器件之一。近年来，随着宽带通信技术受到了越来越多的重视，宽带滤波器的应用变得越来越重要。微波段的宽带滤波器可以由多种结构来实现，如微带线、波导等，但这些结构的滤波器往往不是结构复杂造价昂贵就是性能不够优良，不能满足实际应用对高性能宽带滤波器的要求。
技术实现思路
专利技术目的:针对上述现有技术存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种结构简单、实现方便的高性能微波带通滤波器。技术方案:为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为一种微波带通滤波器，包括设有通孔的基材和由多个永磁铁氧体组成的磁性光子晶体，所述永磁铁氧体位于通孔中。进一步的，所述永磁铁氧体的典型材料为锶铁氧体。进一步的，所述永磁铁氧体的形状为柱状，典型为圆柱体。进一步的， 所述多个永磁铁氧体构成规则阵列，典型为正方形的阵列。进一步的，所述基材的典型材料为泡沫。进一步的，所述基材的介电常数介于1.05-1.1之间。进一步的，所述基材的上表面和下表面分别设有盖板。更进一步的，所述盖板的材料为金属。进一步的，所述基材的形状为矩形。更进一步的，所述基材的形状为正方形；所述基材在垂直于微波传播方向的两侧设有吸波材料。改变永磁铁氧体的半径或磁性光子晶体的晶格常数或基材的材质可以设计出工作在不同频段、具有不同带宽的微波带通滤波器。滤波性能还与磁性光子晶体的尺寸有关。工作原理:光子晶体独特的能带结构使光子晶体滤波器的带外抑制能很容易地达到30dB以上，永磁铁氧体材料具有高的折射率，使得磁性光子晶体以其背景材料的反差比单纯的介质材料的光子晶体要大，从而磁性光子晶体滤波器能够具有较宽的工作带宽。同时磁性光子晶体的工作频率远离铁磁共振频率，因此材料的损耗较小，也就使磁性光子晶体滤波器具有小的插入损耗。因此，本专利技术所述的基于磁性光子晶体的带通滤波器具有插入损耗低、带外抑制大、矩形系数小等一系列优点。有益效果:本专利技术提出一种由永磁铁氧体构成的磁性光子晶体带通滤波器(简称“带通滤波器”或“滤波器”)。这种带通滤波器不仅具有矩形系数小、频带宽、带内平坦且带内插入损耗低、带外抑制高等优点，而且还有体积小、结构简单、加工容易、成本低廉、易于实现等优势。通过改变磁性圆柱的半径或磁性光子晶体的晶格常数或基材的材质可以设计出不同频段不同带宽的滤波器。由于采用了永磁铁氧体材料，滤波器不需要外加偏置磁场，这为基于磁性光子晶体的微波器件的实际应用提供了极为便利的应用条件。附图说明图1为本专利技术的结构示意图，图中的外框是泡沫基材的轮廓。图2为本专利技术的S参数仿真结果图。图3示出了磁性光子晶体的晶格常数a对滤波器性能的影响。图4示出了磁性圆柱的半径r对滤波器性能的影响。图5示出了磁性光子晶体的尺寸对滤波性能的影响。图6为本专利技术的S21参数的测量结果图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。图1示出了本专利技术所述的微波带通滤波器，本实施例中，其主要包括一个由5*5个锶-永磁铁氧体圆柱(简称“ 磁性圆柱”)构成的磁性光子晶体和泡沫材质的基材，锶-永磁铁氧体圆柱位于泡沫材质的通孔中。磁性光子晶体为四方点阵，a为晶格常数，r为锶-永磁铁氧体圆柱的半径，本实施例中，a=8mm, r=2mm。银-永磁铁氧体材料的介电常数为21.5-0.2*i，其中i表示虚部，它在微波段基本上为一个常数。图2示出了磁性光子晶体的阵列大小为8*8时微波带通滤波器的S参数仿真结果。仿真结果表明，滤波器_3dB的带宽范围从10.1GHz到11.8GHz，有近1.7GHz的带宽，插入损耗小于4dB，带外抑制大于60dB，矩形系数(_40dB带宽和_3dB带宽之比)为1.68，并且整个通带具有很好的平坦度。图3示出了磁性光子晶体的阵列大小为8*8,保持磁性圆柱半径r=2mm不变时,改变磁性光子晶体的晶格常数a对滤波器性能的影响。晶格常数a为6mm、8mm、IOmm时，通带的中心频率分别为11.2GHz、10.95GHz、10.8GHz，带宽分别为3GHz、l.7GHz、l.4GHz，相对带宽分别为26.7%、15.5%、13.0%，矩形系数分别为1.49、1.68、1.78。增大晶格常数a，滤波器的中心频率及带宽将会降低，矩形系数将增大，但中心频率与矩形系数的变化幅度较小。改变晶格常数a，对滤波器的带外抑制也有一定的影响，但是滤波器依旧具有较大的带外抑制及较好的带内平坦度。因此，可以灵活地改变磁性光子晶体的晶格常数a，以满足不同带宽的带通滤波器的设计需求。图4示出了磁性光子晶体的阵列大小为8*8，，保持磁性圆柱的半径与光子晶体晶格常数的比值r/a=0.25不变时，改变磁性圆柱的半径r对滤波器性能的影响。可以看到，随着半径r的减小,带通滤波器滤波频段将会向高频移动。半径r分别取为4mm、2mm、l_时，通带的中心频率分别为5.5GHz、10.95GHz,21.85GHz，带宽分别为IGHzU.7GHz、3GHz，相对带宽分别为18.2%、15.5%、13.7%，矩形系数分别为1.5、1.68、1.9。随着半径r等比地减小，滤波器的中心频率等比地增加，带宽也在增加，但相对带宽却减小，同时矩形系数略微增大，而滤波器的带外抑制、带内平坦度基本不受半径r的影响。因此，可以灵活地改变比值r/a，以满足不同频带的带通滤波器的设计需求。由图3和图4的计算结果可以知道，在设计磁性光子晶体带通滤波器时，可以先根据滤波器频段的需求确定磁性圆柱半径r的大小，然后再根据滤波带宽的要求，确定晶格常数a的大小，从而就可以设计出任意频段的带通滤波器。图5示出了保持磁性圆柱半径r=2mm,光子晶体晶格常数a=8mm不变时,磁性光子晶体的阵列大小对滤波性能的影响。随着阵列的减小，滤波器的中心频率及带宽保持不变，带外抑制在减小，矩形系数在增大，同时通带内的平坦度也有所降低。当阵列大小减小为4*4的时候，滤波器带外抑制依旧大于30dB，带内平坦度也依旧很好，而此时在xy剖面上滤波器仅为一个边长为32_的正方形，相当于一个I元硬币的大小。因此，采用磁性光子晶体带通滤波器可以在保证滤 波器性能的同时通过减小滤波器的大小来构建小尺寸的滤波器，也就是说，磁性光子晶体带通滤波器可以在保持较好性能的同时还能拥有较小的尺寸。图6示出了本专利技术所述的微波带通滤波器的实验测量结果。磁性光子晶体的阵列大小为8*8。边长64mm*64mm，镶嵌在介电常数介于1.05-1.1之间的泡沫材料中，泡沫材料的上下表面分别设有金属盖板，图中的金属盖板是打开的。基材在垂直于微波传播方向的两侧设有吸波材料，例如，参见图1，微波沿X方向传播，则基材在I方向的两侧设有吸波材料，吸波材料可以是泡沫型吸波材料。测量结果显示，在10.1GHz-1l.4GHz间，滤波器有一个插入损耗小于5dB的通带，带外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波带通滤波器，其特征在于，包括设有通孔的基材和由多个永磁铁氧体柱组成的磁性光子晶体，所述永磁铁氧体位于通孔中。

【技术特征摘要】
1.一种微波带通滤波器，其特征在于，包括设有通孔的基材和由多个永磁铁氧体柱组成的磁性光子晶体，所述永磁铁氧体位于通孔中。2.根据权利要求I所述微波带通滤波器，其特征在于，所述永磁铁氧体柱的材料为锶铁氧体。3.根据权利要求I所述微波带通滤波器，其特征在于，所述永磁铁氧体柱的形状为圆柱体。4.根据权利要求I所述微波带通滤波器，其特征在于，所述多个永磁铁氧体柱构成正方形的阵列。5.根据权利要求I所述微波带通滤波器，其特征在于，所述基材的介电常...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍瑞新，顾艳，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：