一种谐振腔.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102903999 A (43)申请公布日 2013.01.30 C N 1 0 2 9 0 3 9 9 9 A *CN102903999A* (21)申请号 201110216575.3 (22)申请日 2011.07.29 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 苏翠 刘豫青 刘尧 (54) 发明名称 一种谐振腔 (57) 摘要 本发明涉及一种谐振腔，包括壳体、位于所述 壳体内的谐振腔以及。

2、设置在所述壳体上且伸入所 述谐振腔内的输入端和输出端，所述谐振腔内设 置有两个超材料块，且所述两个超材料块分别与 输入端和输出端接触，每个超材料块包括非金属 材料制成的基板和附着在所述基板上的人造微结 构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具 有几何图案的结构。通过在谐振腔内加入超材料 块，能够在不增大体积的情况下有效降低谐振频 率，有利于实现滤波器的小型化。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图4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 3 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种谐振腔，在其两侧的壁面上分别设置有输入端。

3、和输出端，其特征在于，所述谐振 腔内设置有两个不相接触的超材料块，所述两个超材料块分别与输入端和输出端接触，每 个超材料块包括非金属材料制成的基板和附着在所述基板上的人造微结构，所述人造微结 构为导电材料的丝线组成的具有几何图案的结构。 2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述超材料块包括多个层叠成一体的 超材料片层，每个超材料片层包括一片基板和附着在基板表面上且周期性排布的人造微结 构。 3.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、聚四氟乙烯、环氧树 脂、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或者FR-4材料制成。 4.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述谐振腔内设置有。

4、支座，所述支座由 透波材料制成。 5.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为工字形或者工字形 的衍生形。 6.根据权利要求1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8所述的谐振腔，其特征在于，所述支路的自由端连接有一线段。 1。

5、0.根据权利要求9所述的谐振腔，其特征在于，所述自由端与所述线段的中点连接。 权 利 要 求 书CN 102903999 A 1/3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 滤波器是无线电技术中的常见器件之一，被广泛应用于通讯、雷达、导航、电子对 抗、卫星、测试仪表等电子设备中。滤波器内部装有谐振腔，滤波器的体积主要取决于谐振 腔的个数和容积。而微波谐振腔的谐振频率取决于该腔的容积，一般来说，谐振腔容积越大 谐振频率越低，谐振腔容积减小谐振频率越高，因此如何实现在不增大谐振腔尺寸的情况 下降低谐振腔的谐振频率对于滤波器的小。

6、型化具有重要的意义。 发明内容 0003 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低频会导致体积大的 缺陷，提供一种不增大尺寸的条件下实现低谐振频率的谐振腔。 0004 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，其在两侧的壁面 上分别设置有输入端和输出端，所述谐振腔内设置有两个不相接触的超材料块，所述两个 超材料块分别与输入端和输出端接触，每个超材料块包括非金属材料制成的基板和附着在 所述基板上的人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图案的结 构。 0005 在本发明所述的谐振腔中，所述超材料块包括多个层叠成一体的超材料片层，每 个超材料片层包括一片。

7、基板和附着在基板表面上且周期性排布的人造微结构。 0006 在本发明所述的谐振腔中，所述基板由陶瓷、聚四氟乙烯、环氧树脂、铁电材料、铁 氧材料、铁磁材料或者FR-4材料制成。 0007 在本发明所述的谐振腔中，所述谐振腔内设置有支座，所述支座由透波材 料制 成。 0008 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。 0009 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形。 0010 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。 0011 在本发。

8、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。 0012 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。 0013 在本发明所述的谐振腔中，所述自由端与所述线段的中点连接。 0014 实施本发明的谐振腔，具有以下有益效果：通过在谐振腔内加入超材料块，能够在 不增大体积的情况下有效降低谐振频率，有利于实现滤波器的小型化。 附图说明 说 明 书CN 102903999 A 2/3页 4 0015 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： 0016 图1是本发明优选实施例的谐振腔的结构示意图； 0017 图2是图1所示谐振。

9、腔的超材料块的结构示意图； 0018 图3是人造微结构为工字形的衍生形的结构示意图； 0019 图4是人造微结构为工字形的另一衍生形的结构示意图； 0020 图5是人造微结构为十字形的衍生形的结构示意图； 0021 图6至图8是人造微结构为另四种十字形的衍生形的结构示意图； 0022 图9为对谐振腔内没有放入超材料块的谐振腔进行仿真的效果图； 0023 图10为对图9所用谐振腔中加入超材料块后的仿真效果图。 具体实施方式 0024 本发明涉及一种谐振腔，如图1所示，包括壳体5、设置在壳体5两侧壁 上且伸入 谐振腔内的输入端6和输出端7，谐振腔内设置有并排设置且之间隔有间距的两个超材料 块1，分。

10、别与输入端6和输出端7接触。本实施例中，输入端6和输出端7均为探针端口，用 来使超材料块1发生谐振，并且谐振方式同步，达到储能降频、从而实现滤波器小型化的效 果。 0025 为了便于超材料块1的固定，可在谐振腔内放置支座，支座上设置插槽，将超材料 块插入插槽内即可。支座优选泡沫等透波材料如泡沫、塑料等。 0026 如图1、图2所示，每个超材料块1包括至少一个超材料片层。当超材料片层有多 个时，它们沿垂直于其表面的方向层叠并通过机械连接或者粘接等方式封装成一块整体。 0027 每个超材料片层均包括基板3和附着在基板3上的人造微结构2，基板3由非金 属材料制成，如聚四氟乙烯、环氧树脂、陶瓷、铁氧材。

11、料、铁电材料、铁磁材料、FR-4材料等。 人造微结构2为至少一根丝线在基板3表面上组成的一定几何图案的结构，例如“工”字 形、开口谐振环形等。人造微结构2的丝线是由导电材料制成的，通常为金属如银、铜等，也 可以用其他非金属的导电材料如ITO制成。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。 0028 人造微结构2的几何图案有很多种情况，已知的如工字形，其包括成直线的第一 金属线201和连接在第一金属线201两端且被第一金属线201垂直平分的两根第二金属线 202；这样的工字形人造微结构还。

12、可以进一步衍生，得到工字形的衍生形，如图3所示，其除 了第一、第二金属线外，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。 0029 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2所示；进一步地，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。

13、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，则其结构如图4所示。还可以依此类推，得到其他衍 说 明 书CN 102903999 A 3/3页 5 生结构。 0030 在其他十字形的衍生形的实施例中，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。因此，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2、图4的十字形的衍生形人 造微结构也。

14、具有这样的特性。当然，上述人造微结构2的四个支路210也可以不共端点。 0031 如图5至图8所示，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5所示，也可 以是尖角弯折如图6、图7所示，还可以是圆角弯折，如图8所示。自由端的外部还可连接有 直线段，如图7、图8所示，优选为自由端的端点与该线段的中点连接。 0032 本发明对一谐振腔内部为空腔的谐振腔进行仿真，空腔的尺寸为 20mm20mm20mm，输入端和输出端分别向腔内伸入3mm，其仿真效果图如图9所示，由图 可知，该空腔谐振腔的谐振频率为12.68GHz，。

15、谐振时S11-15dB，S21-0.00024428dB， S21是反映电磁波从输入端到输出端的一种正向传输参数，代表插入损耗的大小。S21越 小，插入损耗越小。 0033 在上述谐振腔中装入两个超材料块，每个超材料块包括5个相同的超材料片层 表面相贴合地叠加，基板选择厚度为0.4mm的FR4材料，每个人造微结构的总体尺寸为 1.3mm1.3mm，人造微结构按照行偏移和列偏移均为1.4mm地以成511阵列排布，且人造 微结构选择图8所示的几何图形，选用铜线组成该图形，线宽和走线间距均为0.1mm。输入 端和输出端均如图1所示地位于两超材料块侧面的正中间位置。 0034 采用这样的超材料块的谐振。

16、腔，其仿真效果如图10所示。由图可知，谐振频率为 6.8GHz，S11-28dB，S21-0.03dB。因此可以知道，虽然采用损耗相对较大的FR4材料 作为基板，谐振腔的插入损耗仍然是很小的，而谐振频 率则得到了有效的降低，基本上降 低了6GHz，而且模干扰小，曲线光滑表明人造微结构的谐振比较整齐同步。 0035 由此可见，通过在谐振腔内加入超材料块，能够在不增大体积的情况下有效降低 谐振频率，有利于滤波器的小型化。另外，本发明还具有插入损耗小的优点。 0036 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 102903999 A 1/4页 6 图1 说 明 书 附 图CN 102903999 A 2/4页 7 图2 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102903999 A 3/4页 8 图6 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102903999 A 4/4页 9 图9 图10 说 明 书 附 图CN 102903999 A 。