一种谐振子及具有该谐振子的滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种谐振子，包括至少一个超材料片层，每个超材料片层包括中间设有通孔的基板和附着在所述基板上周期性排布的多个人造微结构，所述基板表面离通孔远的位置上的人造微结构不小于离通孔近的位置上的人造微结构。本发明专利技术还涉及具有该谐振子的滤波器。本发明专利技术的谐振子由于具有高介电常数、低损耗的优点，因此可以非常适用于腔体滤波器。上述谐振子相对于传统材料和已有的超材料，具有相接近甚至更高的介电常数，能够降低滤波器的谐振频率进而减小滤波器的体积；同时，由于损耗更低，因此将减小滤波器的Q值降低量。

【技术实现步骤摘要】
一种谐振子及具有该谐振子的滤波器
本专利技术涉及射频元件，更具体地说，涉及一种谐振子及具有该谐振子的滤波器。
技术介绍
超材料(metamaterial)，特指一种对电磁场有特殊响应的人工材料，包括基板和附着在基板上周期性排布的人造微结构构成的。把基板按与人造微结构相同的排布规律虚拟地划分为一个个周期性排布的基板单元，每个人造微结构及其所附着的基板单元共同构成一个材料单元，则该超材料可以看作是由材料单元以上述周期性排布而成的。人造微结构通常为导电材料如金属的丝线组成具有一定几何图形的结构，例如“工”字形，这些结构在电磁场中可被等效为电容、电感的组成电路，使得每个材料单元具有不同于基板的等效介电常数和磁导率，因此通过设计特定形状的人造微结构可以使超材料具有特定的介电常数和磁导率。人造微结构的长、宽尺寸通常在所要响应的电磁波波长的二分之一以内，优选在十分之一或十分之一以下，以使材料单元对电磁波的响应对电磁波来说在空间商是连续的。要使超材料具有较高的介电常数，通常需要每个人造微结构在相应的基板单元上尽可能地填铺该单元的表面，但是，填铺的面积越大会容易形成涡流，从而带来较大的能量损耗，因此在一些对损耗很敏感的应用场合，例如腔体滤波器(损耗要求在10-4级别)，即使介电常数高能起到降低谐振频率、减小体积等诸多优点，但因为损耗大使得该超材料仍不可用在滤波器中。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述超材料做的谐振子损耗大的缺陷，提供一种基本不影响介电常数而损耗小的谐振子及使用该材料的滤波器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种谐振子，包括至少一个超材料片层，每个超材料片层包括中间设有通孔的基板和附着在所述基板上周期性排布的多个人造微结构，所述基板表面离通孔远的位置上的人造微结构不小于离通孔近的位置上的人造微结构。在本专利技术所述的谐振子中，每个超材料片层上的多个人造微结构呈矩形阵列排布。在本专利技术所述的谐振子中，每个超材料片层以所述通孔的中心轴中心对称。在本专利技术所述的谐振子中，所述基板为圆盘形，且与所述通孔共中心轴。在本专利技术所述的谐振子中，所述谐振子包括多个完全相同的超材料片层，且各超材料片层的通孔共中心轴，每个基板上的人造微结构及其排布均相同。在本专利技术所述的谐振子中，所述人造微结构中，最外一周人造微结构相同且大于其内部靠近通孔的人造微结构。在本专利技术所述的谐振子中，所述人造微结构为导电材料制成的片状结构或者导电材料制成的丝线组成的具有几何图形的结构。在本专利技术所述的谐振子中，所述导电材料为铜、银、铟锡氧化物、掺铝氧化锌、碳纳米管导电薄膜或者导电塑料。在本专利技术所述的谐振子中，所述基板由陶瓷、环氧树脂、聚四氟乙烯、铁氧体或SiO2制成。本专利技术还涉及一种滤波器，包括谐振腔和置于所述谐振腔内的谐振子，所述谐振子包括至少一个超材料片层，每个超材料片层包括中间设有通孔的基板和附着在所述基板上周期性排布的多个人造微结构，所述基板表面离通孔远的位置上的人造微结构不小于离通孔近的位置上的人造微结构。实施本专利技术的谐振子及具有该谐振子的滤波器，具有以下有益效果：本专利技术的谐振子具有较高介电常数且损耗较低，具有这种谐振子的滤波器因为介电常数高而降低谐振频率进而减小体积，同时由于损耗低而具有较高的Q值。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术的滤波器的结构示意图；图2是对比例的谐振子的结构示意图；图3是本专利技术第一实施例的谐振子的示意图；图4是本专利技术第二实施例的谐振子的示意图。具体实施方式本专利技术涉及一种谐振子及具有该谐振子的滤波器。滤波器如图1所示，包括谐振腔2、盖在谐振腔2上的腔盖1以及置于谐振腔2和腔盖1围成的腔室中的谐振子3，为了使谐振子3位于腔室中部，还在谐振子3底部设置有透波材料如泡沫塑料、氧化铝等制成的支撑座5。腔盖1上可设置调谐螺杆4，用来滤波器的谐振频率。图1所示的实施例中，谐振子包括多个超材料片层，每个超材料片层都相同，包括基板41和附着在基板41上的多个人造微结构42。基板41为平板状，本实施例中为圆盘形，如图3、图4所示，中间设有通孔，通孔与圆盘共圆心，且六个基板41的通孔共中心轴且该中心轴也为谐振腔2的中心线，以使谐振腔能够获得所要的TM或TE模式的电磁场。基板通常选用聚四氟乙烯、FR-4、环氧树脂、铁氧体、SiO2、陶瓷等非金属材料，优选陶瓷，因为陶瓷材料尤其是特种陶瓷的介电常数较高，可满足谐振子对介电常数和低损耗的要求。多个超材料片层可以直接叠加在一起，也可通过一定的制备工艺例如低温共烧技术制成一体。人造微结构42在基板表面上呈周期性排布，是指各人造微结构42的中心点成矩形阵列排布，即以一x方向为行、以垂直于x方向的y方向为列地排列，且各行间距、各列间距分别相等，甚至行间距等于列间距均可。优选行间距、列间距不大于所要响应的入射电磁波的波长的四分之一，也即例如工作环境是波长为λ的电磁波，需要超材料对此电磁波的电磁特性是呈现负磁导率，则设计人造微结构时将上述行间距、列间距选择不大于λ/2，优选为λ/10。显然，为了使人造微结构不互相交叠，每个人造微结构的长度和宽度也不大于λ/2。人造微结构42为导电材料制成的片状结构，例如方片形、圆饼形、梯形、圆环形等，也可以是导电材料制成的丝线组成的具有几何图形的结构，例如“工”字形、“十”字形、开口谐振环(SRR)形、蛇形、螺旋形等。导电材料通常为金属材料例如银、铜、铜合金等，也可以是其他非金属的导电材料例如导电塑料、ITO(铟锡氧化物)、ZAO(掺铝氧化锌)、碳纳米管、石墨等。为了得到较大的介电常数，通常人造微结构42的长、宽或者当量直径(即面积除以周长)基本上与行间距、列间距相当，相邻两人造微结构42之间的空隙宽度为几毫米甚至可以小于1毫米。当人造微结构42为方片形且排满圆盘形基板时，如图2所示，谐振子具有较高的介电常数，但损耗高。例如图2中基板为陶瓷，外径26mm，内径8mm，厚度1mm，人造微结构42为铜片，尺寸为1.9mm×1.9mm，厚度0.018mm，相邻人造微结构中心点的行间距和列间距为2m，将这样的六个超材料片层构成的谐振子放入一谐振腔内，测得谐振频率为1.37GHz，Q值为555。可见损耗较大。作为谐振子，当谐振腔内激发电磁场时，绝大部分电场和磁场都集中在谐振子内部，即谐振子内部的电场和磁场最强，腔室空间其他部分的场强非常弱。而在谐振子内部，电场、磁场分布也是不均匀的，靠近中间通孔的位置场强大，而靠近外侧边缘的部分则场强较弱。场强大的位置交变场的强度也越大，反之越小。而人造微结构相同的条件下，交变场的强弱决定了人造微结构上所形成涡流的强弱，交变场越大，涡流较大，交变场越小，涡流较小甚至不会产生涡流，因而由涡流带来的损耗也越小。利用上述规律，在设计超材料谐振子3时，越靠近通孔的基板表面上的人造微结构设计得尽量小，以减小面积从而减小涡流带来的损耗；而在远离通孔的位置尤其是基板表面的边缘位置上，设置面积较大的人造微结构，因为面积大的人造微结构能有效提高谐振子的介电常数，而由于此处的交变场很小因此涡流引起的损耗也会很小。例如图3所示，人造微结构仍然按照图2所示的阵列方式排布，但将基板表面靠近通孔的中间部分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振子，其特征在于，包括至少一个超材料片层，每个超材料片层包括中间设有通孔的基板和附着在所述基板上周期性排布的多个人造微结构，所述基板表面离通孔远的位置上的人造微结构不小于离通孔近的位置上的人造微结构。

【技术特征摘要】
1.一种谐振子，其特征在于，包括至少一个超材料片层，每个超材料片层包括中间设有通孔的基板和附着在所述基板上周期性排布的多个人造微结构，所述基板表面离通孔远的位置上的人造微结构不小于离通孔近的位置上的人造微结构，每个超材料片层上的多个人造微结构呈矩形阵列排布，且各行间距、各列间距分别相等，每个超材料片层为中心对称结构，且对称中心为所述通孔的中心轴。2.根据权利要求1所述的谐振子，其特征在于，所述基板为圆盘形，且与所述通孔共中心轴。3.根据权利要求1所述的谐振子，其特征在于，所述谐振子包括多个完全相同的超材料片层，且各超材料片层的通孔共中心轴，每个基板上的人造微结构及其排布均相同。4.根据权利要求1所述的谐振子，其特征在于，所述人造微结构中，最远离所述通孔的人造微结构有多...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，徐冠雄，刘京京，苏翠，
申请(专利权)人：深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：