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1、(10)申请公布号 CN 102945997 A (43)申请公布日 2013.02.27 C N 1 0 2 9 4 5 9 9 7 A *CN102945997A* (21)申请号 201110233307.2 (22)申请日 2011.08.16 H01P 7/06(2006.01) (71)申请人深圳光启高等理工研究院 地址 518000 广东省深圳市南山区高新区中 区高新中一道9号软件大厦 申请人深圳光启创新技术有限公司 (72)发明人刘若鹏 栾琳 刘京京 钟果 刘尧 苏翠 (54) 发明名称 一种谐振腔 (57) 摘要 本发明涉及一种谐振腔，包括腔体、分别装在 腔体两侧内壁上的输入。
2、端和输出端，还包括设置 在腔体内的第一超材料板，所述第一超材料板将 所述腔体隔成两个连通的腔室，所述输入端、输出 端分别位于两个腔室内。采用本发明，可以依靠单 个谐振腔实现带宽，在实现相同带宽的情况下能 有效减少滤波器中谐振腔的个数，从而有效减小 滤波器的体积。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种谐振腔，包括腔体、分别装在腔体两侧内壁上的输入端和输出端，其特征在于， 还包括设置在腔体内的第一超材料板，所述第一超材料板将所述腔体隔成两个连。
3、通的腔 室，所述输入端、输出端分别位于两个腔室内。 2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述第一超材料板包括至少一个超材 料片层，每个超材料片层包括非金属材料制成的基板和附着在所述基板上的多个人造微结 构，每个人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图形的平面或立体结构。 3.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述多个人造微结构在所述基板表面 上呈周期性排布，每个人造微结构均相同。 4.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述两个腔室内分别各设置有一个第 二超材料板，两个第二超材料板分别与所述输入端和输出端接触耦合连接。 5.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微。
4、结构为工字形或者工字形 的衍生形。 6.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为十字形或者十字形 的衍生形。 7.根据权利要求6所述的谐振腔，其特征在于，所述十字形的衍生形具有四个相同的 支路，任一支路以一点为旋转中心依次旋转90度、180度、270度后依次分别于其他三个支 路重合。 8.根据权利要求7所述的谐振腔，其特征在于，每个支路一端与其他三个支路共端点 连接，另一端为自由端，两端之间设置有至少一个弯折部。 9.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为丝线绕成螺旋形的 结构。 10.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述基板由陶瓷、环氧树脂、聚四氟乙。
5、 烯、FR-4、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料、SiO 2 制成。 权 利 要 求 书CN 102945997 A 1/4页 3 一种谐振腔 技术领域 0001 本发明涉及电磁通信领域，更具体地说，涉及一种谐振腔。 背景技术 0002 在微波器件中，腔体滤波器是很重要的一种器件。腔体滤波器是由几个微波谐振 腔组成的，每个谐振腔具有一个任意形状的由导电壁(或导磁壁)包围的腔体。通常，一个 谐振腔具有固定的谐振频率，通过将具有不同谐振频率的多个谐振腔连在一起组成一个滤 波器，使其具有一定宽度的带宽。 0003 为了对已知频点的谐振腔进行调节，通常会在腔顶设置一调谐螺杆，通过调节其 伸入谐振腔内的深度。
6、来调节谐振腔的频点和损耗。但是单腔的谐振腔只能出现单一频点， 通过调谐螺杆的调节对滤波器的带通或带阻的宽度的影响有限。如何使单腔也能实现宽带 效果，是减少谐振腔进而明显减小滤波器体积的根本解决方法。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述谐振腔只有单一频点不能实 现带宽的缺陷，提供一种单腔就能实现带宽效果的谐振腔。 0005 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种谐振腔，包括腔体、分别装 在腔体两侧内壁上的输入端和输出端，还包括设置在腔体内的第一超材料板，所述第一超 材料板将所述腔体隔成两个连通的腔室，所述输入端、输出端分别位于两个腔室内。 0006 在本。
7、发明所述的谐振腔中，所述第一超材料板包括至少一个超材料片层，每个超 材料片层包括非金属材料制成的基板和附着在所述基板上的多个人造微结构，每个人造微 结构为导电材料的丝线组成的具有几何图形的平面或立体结构。 0007 在本发明所述的谐振腔中，所述多个人造微结构在所述基板表面上呈周期性排 布，每个人造微结构均相同。 0008 在本发明所述的谐振腔中，所述两个腔室内分别各设置有一个第二超材料板，两 个第二超材料板分别与所述输入端和输出端接触耦合连接。 0009 在本发明所述的谐振腔中，所述人造微结构为工字形或者工字形的衍生形。 0010 在本发明所述的谐振腔中，所述人造微结构为十字形或者十字形的衍生。
8、形。 0011 在本发明所述的谐振腔中，所述十字形的衍生形具有四个相同的支路，任一支路 以一点为旋转中心依次旋转90度、180度、270度后依次分别于其他三个支路重合。 0012 在本发明所述的谐振腔中，每个支路一端与其他三个支路共端点连接，另一端为 自由端，两端之间设置有至少一个弯折部。 0013 在本发明所述的谐振腔中，所述支路的自由端连接有一线段。 0014 在本发明所述的谐振腔中，所述人造微结构为丝线绕成螺旋形的结构。 0015 实施本发明的谐振腔，具有以下有益效果：可以依靠单个谐振腔实现带宽，在实现 相同带宽的情况下能有效减少滤波器中谐振腔的个数，从而有效减小滤波器的体积。 说 明 。
9、书CN 102945997 A 2/4页 4 附图说明 0016 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： 0017 图1是本发明第一实施例的谐振腔的结构示意图； 0018 图2是本发明第二实施例的谐振腔的结构示意图； 0019 图3是图1、图2中所示的第一或第二超材料块的每个超材料片层的结构示意图； 0020 图4是人造微结构为工字形的衍生形的结构示意图； 0021 图5是人造微结构为十字形的衍生形的结构示意图； 0022 图6是人造微结构另一种十字形的衍生形的结构示意图； 0023 图7是人造微结构为第一种螺旋形结构的示意图； 0024 图8是人造微结构为第二种螺旋形结构的示意。
10、图； 0025 图9是人造微结构为第三种螺旋形结构的示意图； 0026 图10是谐振腔未放入第一超材料板时的仿真图； 0027 图11是谐振腔中加入第一超材料板后的仿真图。 具体实施方式 0028 本发明涉及一种谐振腔，其具有一定的带宽而非单一频点，因此能够形成多个谐 振腔才能形成的带宽效果，有利于减少谐振腔从而减小滤波器的体积。 0029 如图1所示，与现有技术相同，本发明的谐振腔包括腔体4、安装在腔体4的顶部 内壁上的调谐螺杆6、装在腔体4两侧内壁上的输入端50和输出端5。与现有的谐振腔不 同的是，本发明的腔体4内至少设置有第一超材料板1，如图1所示，第一超材料板1放置 在腔体4的底部内壁。
11、上，由于第一超材料板1具有一定的面积，从而将腔体4内部空间一分 为二，即原本的一个腔体4被分成两个腔室。由于第一超材料板1正对着调谐螺杆6设置， 且与调谐螺杆6之间隔有间距，因此并未完全将两个腔室封闭地隔绝开，而是两个腔室通 过第一超材料板1和调谐螺杆6之间的间距连通，输入端50和输出端5分别位于两个腔室 内，且二者的连线穿过第一超材料板1。 0030 此时，由于单腔被近似地划分为“双腔”，该谐振腔的传输特性会达到带宽的效果。 在实现带宽的同时，为了减小谐振腔的体积，还应尽量降低谐振腔的谐振频率，这一点可以 利用第一超材料板的特性来实现。 0031 超材料(metamaterial)，又称人工。
12、电磁材料，是一种对电磁波有特殊响应的材料， 是由介质基板和周期性排布在介质基板表面上的人造微结构形成的，人造微结构通常为金 属等导电材料制成。通过对人造微结构的几何图形、尺寸和排布进行设计，可以使超材料整 体体现出特殊的、甚至自然界中很难达到的特性，例如较高的介电常数、负磁导率、负折射 率等特性。本发明的第一超材料板即采用了这种技术，以使本发明的谐振腔具有谐振带宽 的效果。 0032 如图1所示，第一超材料板包括至少一个超材料片层，图中显示为5个超材料片 层。每个超材料片层如图3所示，包括基板3和附着在基板3上的多个人造微结构2。其 中，基板3通常由非金属材料制成，例如FR-4、聚四氟乙烯、环。
13、氧树脂、陶瓷、铁电材料、铁氧 材料、铁磁材料、SiO 2 等。人造微结构2为导电材料的丝线组成的具有几何图形的平面或 说 明 书CN 102945997 A 3/4页 5 立体结构，这里的导电材料通常为金属例如铜、银等，也可以是其他非金属的导电材料例如 ITO、导电塑料等。这些丝线的线宽在1mm以内，优选为可加工的最小线宽例如0.1mm；丝线 的厚度很薄，通常为镀层的厚度，本发明中通常小于0.1mm，例如0.018mm。 0033 人造微结构2在基板3表面上通常为周期性排布例如矩形阵列排布，每个人造微 结构2均相同；也可以多个人造微结构2其形状、大小互不相同，例如可以按照一定的递增 或递减规律。
14、逐渐减小其尺寸或者旋转其方位，这些特征都是可以根据不同的实际需求例如 折射率分布的需求、磁导率分布需求等进行点对点的设计的。 0034 本发明中，为了降频，优选能够实现高介电常数的人造微结构，这样的结构有很多 种，下面将详细说明。 0035 人造微结构2可以为工字形，其包括成直线的第一金属线和连接在第一金属线两 端且被第一金属线垂直平分的两根第二金属线；这样的工字形人造微结构2还可以进一步 衍生，得到工字形的衍生形，如图4所示，其除了第一金属线201、第二金属线202外，还包括 分别连接在每根第二金属线202两端且被第二金属线202垂直平分的第三金属线203、分别 连接在每根第三金属线203两。
15、端且被第三金属线203垂直平分的第四金属线204，依此类 推，继续衍生。 0036 同样，本发明的人造微结构2还可以是十字形的衍生形，其包括两根垂直且互相 平分构成十字形的第一金属线201，还包括分别连接在每根第一金属线201两端且被第一 金属线201垂直平分的第二金属线202，构成的衍生形如图3所示；进一步地，如图5所示， 当人造微结构除第一、第二金属线外，还可包括分别连接在每根第二金属线202两端且被 第二金属线202垂直平分的第三金属线203，以及分别连接在每根第三金属线203两端且被 每根第三金属线203垂直平分的第四金属线204。还可以依此类推，得到其他衍生结构。 0037 在其他十。
16、字形的衍生形的实施例中，如图6所示，人造微结构2包括四个相同的支 路210，且四个支路210共一端点，任一支路210以所述端点为旋转中心依次旋转90度、180 度、270度后依次分别于其他三个支路210重合。每个支路210一端与其他三个支路210共 端点连接，另一端为自由端，两端之间设置有至少一个弯折部。这里的弯折部可以为直角弯 折，如图6所示，也可以是尖角弯折或圆角弯折。自由端的外部还可连接有直线段或者其他 曲线。这样的人造微结构2为各向同性结构，其在所在的平面的各个方向上对电磁波的响 应特征均相同，上述如图3、图5的十字形的衍生形人造微结构也具有这样的特性。 0038 当人造微结构2为螺旋。
17、形时，也能达到高介电常数的特性，其结构如图7、图8和 图9所示。图7是一根丝线的两端分别顺时针、逆时针螺旋，图8是一根丝线对折后同步螺 旋，图9是四根相同的螺旋线共一外端点而连成的结构。这样的螺旋结构都能使第一超材 料块具有较高的介电常数，从而起到降低频点的作用。 0039 为了进一步增加谐振腔的降频特性，如图2所示，在另一实施例中，本发明的谐振 腔除了如图1所示的所有部件和结构以外，还在输入端50和输出端5末端分别接触有一第 二超材料板7，两个第二超材料板7分别位于上述两个腔室内，且不与第一超材料板1接触。 此时，调节调谐螺杆6，会改变谐振腔内的耦合形式，从而使得频率和差损变得可调。 004。
18、0 第二超材料板7与第一超材料板1一样，也是有至少一个超材料片层构成，其可采 用与上述第一超材料板1完全相同的基板3和人造微结构2，也可以不同，但尺寸应小于第 一超材料板1。 说 明 书CN 102945997 A 4/4页 6 0041 通过仿真发现，采用图1所示的谐振腔，当其不放置第一超材料板1时，其S参数 仿真图如图10所示，由图可知其只有一个谐振频率且约为9.8GHz；当其放入第一超材料板 1且第一超材料板1包括五片如图3所示的超材料片层时，得到的S参数仿真图如图11所 示，由图可知，增加了超材料以后，上述谐振腔从6.275GHz到6.324GHz之间形成通带，带宽 约50MHz，显然。
19、谐振频率也相较于之前的9.8GHz有了明显降低。因此，采用本发明的加入了 第一超材料板的谐振腔，可以形成至少两个谐振腔组合才能形成的带宽，同时谐振频率也 能得到降低。 0042 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体 实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员 在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多 形式，这些均属于本发明的保护之内。 说 明 书CN 102945997 A 1/3页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102945997 A 2/3页 8 图3 图4 图5 图6 图7 图8 图9 说 明 书 附 图CN 102945997 A 3/3页 9 图10 图11 说 明 书 附 图CN 102945997 A 。