专利名称：用左手介质和右手介质构造一维空腔谐振方法及谐振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态Ω金属结构异向介质在构造微波器材，尤其是涉及一种用左手介质和右手介质构造一维空腔谐振方法及谐振器。
背景技术：
随着电子工业、通信事业的迅速发展和普及，对微波设备小型化、轻量化的要求日益迫切，而微波电路的集成化程度在一定程度上依懒于微波介质材料，尤其是介质谐振器材料的发展。以往的介质谐振器长度必须满足是半波长的整数倍，从而限制了介质谐振器长度的进一步缩小，而人工异向介质的诞生和理论研究的深入，给缩小谐振器长度带来了突破性的进展，由LHM-RHM构成的谐振器，摆脱了对介质谐振器总长度的限制，理论上该谐振器长度可以任意小，有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用左手介质(LHM)和右手介质(RHM)构造一维空腔谐振方法及谐振器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是1.本发明实现用左手介质和右手介质构造一维空腔谐振方法它由一层为左手介质异向介质，另一层为右手介质各向同性介质构成，在左手介质异向介质呈现左手特性的频段内，左手介质异向介质层内的波矢方向反平行于玻印廷功率流方向，当平面波垂直入射时， 左手介质异向介质层的波矢方向反平行于右手介质各向同性常规介质层的波矢方向，从而使得左手介质异向介质层起到相位补偿器的作用，即左手介质异向介质层和右手介质各向同性常规介质层引起的相位变化方向相反，当该左手介质前表面到右手介质后表面相位差为零时，该结构即可谐振。
2.本发明实现左手介质和右手介质一维空腔谐振方法的谐振器在矩形波导内密封装有相联接的两层结构左手介质层和右手介质层，其中左手介质层采用固态Ω金属结构，它由刻有Ω金属结构的微波基板，与层数相同的空白的微波基板多层放置，热压成异向固态介质构成，即为谐振器中的左手介质异向介质层，右手介质层是各向同性介质层，在矩形波导两侧面有一层金属膜，其中一侧面金属膜开有圆形小孔。
本发明具有的有益的效果是异向介质在工作频带内具有波矢方向反平行于玻印廷功率流方向的特点，故在谐振器结构中可起到相位补偿的作用，这样在LHM层的相位变化与在RHM层的相位变化方向相反，当谐振器前表面到后表面相位差为零时，该谐振器可以谐振，这是常规谐振器所无法实现的，故该谐振器在尺寸上摆脱了传统谐振器最小为半波长的限制，可以大大缩短谐振器的长度，在微波领域具有广泛的应用价值。
图1是LHM-RHM一维空腔谐振器的原理图；图2是本发明实现LHM-RHM一维空腔谐振器图；图3是LHM放入矩形波导内的示意图；图4是谐振器谐振在9.33GHz时的Sll幅度曲线图；图5是谐振频率与谐振器长度的关系图。
具体实施例方式
如图2所示，在矩形波导2内密封装有相联接的两层结构左手介质层和右手介质层，其中左手介质层采用固态Ω金属结构，它由刻有Ω金属结构的微波基板，与层数相同的空白的微波基板多层放置，热压成异向固态介质构成，即为谐振器中的左手介质异向介质层，右手介质层是各向同性介质层，在矩形波导2两侧面有一层金属膜1，其中一侧面金属膜开有圆形小孔3.
本发明采用的刻有Ω金属结构的微波基板的厚度为1mm，空白的微波基板的厚度为2mm。矩形波导为3cm波导。刻有Ω金属结构的微波基板的厚度和空白的微波基板的厚度可以是不同的厚度或相同的厚度构成。材料为F4或FR4，右手介质层为空气或特富隆(Teflon)构成。
1.LHM-RHM一维空腔谐振器的基本原理如图1所示为LHM-RHM一维空腔谐振器的基本结构。RHM层为各向同性介质，厚度为d1，ε1＞0，μ1＞0，LHM层为异向介质，厚度为d2，ε2＜0，μ2＜0.假定这两层都是无损耗的，色散方程如下n2μ2tan(n1k0d1)+n1μ1tan(n2k0d2)=0----(1)]]>其中，k0代表自由空间的波矢。对于常规介质，色散方程(1)只有d1、d2在特定条件下才能满足。而如果其中一层为LHM，它的有效磁导率和折射系数均为负，这个一维空腔谐振器可在厚度远小于一个波长时实现谐振。当平面波垂直入射时，在特定频段内LHM层的波矢方向反平行于RHM层的波矢方向，故LHM层可以起到相位补偿器的作用，即在LHM层和RHM层相位变化方向相反，当该谐振器前表面到后表面相位差为零时，该谐振器即可谐振。
2.LHM-RHM一维空腔谐振器的实现方法在构造该谐振器时，异向介质层使用的是固态Ω结构样品。它是由刻有Ω金属结构的1mm厚的低损耗微波基板和2mm厚的微波基板相间放置构成，将多层这样的结构用热压工艺加工为固态介质，即为本发明谐振器中的LHM层，而RHM层则由空气构成。将两层介质纵向排列在矩形波导(宽22.86mm高10.16mm)内，在谐振器的前表面开有圆形小孔3，作为平面波的馈入点。即实现了LHM-RHM一维空腔谐振器。图2为该谐振器的结构示意图，图3为LHM放入矩形波导内的剖面示意图。
3.性能验证根据原理部分所述，当前后表面相位差等于零时，该谐振器可以谐振。实际测量结果如下测量中取长度为5mm的异向介质样品放入波导内，测出5mm的异向介质引入的相位差，然后调整空气段长度使其谐振，并记录下谐振频率和空气段长度，计算出谐振其总的相位差，同样的步骤用长度为10mm的异向介质样品重复一次，测量结果如表1所示。
表1.LHM-RHM谐振器相位分析。第四列的负号代表相位超前。
从表1最后一列可以看出，在谐振点，谐振器前后表面的相位差均接近于零，证实了该谐振器不同寻常的工作原理。
图4给出了两个同时谐振在9.33GHz的LHM-RHM一维空腔谐振器反射系数Sll曲线，其中虚线所代表的谐振器LHM长度为5mm，空气段长度为16mm，实线所代表的谐振器LHM长度为10mm，空气段长度为18mm，图示表明，可以同时缩短异向介质和空气的长度实现在同一频率点谐振，对于常规谐振器，在总相位差小于2π的前提下，这种缩短长度再次谐振的情况是不可能发生的。这一实例再次证实了该谐振器工作在不同的谐振原理。
通过图5谐振频率和谐振器长度的关系曲线，更进一步的验证了该谐振器的上述特性。虚线代表LHM长为5mm的谐振器，实线代表LHM长为10mm的谐振器，可以看到虚线位于实线的左侧，表示用更短的谐振器可以实现同一频率点的谐振。图5使更好的证明了为了满足相位差为零的谐振条件，可以通过同时缩短两层长度来实现，这是这种LHM-RHM一维空腔谐振器所独有的特性。
权利要求
1.一种用左手介质和右手介质构造一维空腔谐振方法，其特征在于它由一层为左手介质异向介质，另一层为右手介质各向同性介质构成，在左手介质异向介质呈现左手特性的频段内，左手介质异向介质层内的波矢方向反平行于玻印廷功率流方向，当平面波垂直入射时， 左手介质异向介质层的波矢方向反平行于右手介质各向同性常规介质层的波矢方向，从而使得左手介质异向介质层起到相位补偿器的作用，即左手介质异向介质层和右手介质各向同性常规介质层引起的相位变化方向相反，当该左手介质前表面到右手介质后表面相位差为零时，该结构即可谐振。
2.用于权利要求1所述的一种实现左手介质和右手介质一维空腔谐振方法的谐振器，其特征在于在矩形波导(2)内密封装有相联接的两层结构左手介质层和右手介质层，其中左手介质层采用固态Ω金属结构，它由刻有Ω金属结构的微波基板，与层数相同的空白的微波基板多层放置，热压成异向固态介质构成，即为谐振器中的左手介质异向介质层，右手介质层是各向同性介质层，在矩形波导(2)两侧面有一层金属膜(1)，其中一侧面金属膜开有圆形小孔(3)。
全文摘要
本发明公开了一种用左手介质和右手介质构造一维空腔谐振方法及谐振器。它由一层为左手介质异向介质，另一层为右手介质各向同性介质构成，在左手介质呈现左手特性的频段内，左手介质层内的波矢方向反平行于玻印廷功率流方向，当平面波垂直入射时，左手介质层的波矢方向反平行于右手介质各向同性常规介质层的波矢方向，从而使得左手介质层起到相位补偿器的作用，即左手介质层和右手介质各向同性常规介质层引起的相位变化方向相反，当该左手介质前表面到右手介质后表面相位差为零时，即可谐振。故该谐振器在尺寸上摆脱了传统谐振器最小为半波长的限制，可以大大缩短谐振器的长度，在微波领域具有广泛的应用价值。
文档编号H01P7/06GK1661853SQ20041007358
公开日2005年8月31日 申请日期2004年12月26日 优先权日2004年12月26日
发明者冉立新, 皇甫江涛, 李严, 章献民, 孔金瓯 申请人:浙江大学