专利名称：一种基于左手特性的低损耗可调带通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明属于微波元器件领域，特别涉及一种利用左手特性实现的低损耗可调带通 滤波器。
背景技术：
1968年，前苏联科学家Veselago从理论上提出同时具有负介电常数和负磁导率 的材料，具有负折射系数、倏逝波放大、逆多普勒效应等迥异于传统电磁介质的物理 特性，由于在该材料中电磁波的电场方向、磁场方向与波矢方向呈左手坐标系，故该 材料被称作左手材料(Left-Handed Material, LHM)。 2000年，美国的Smith等人用 金属线(Metallicwires)与开口谐振环(Split-ringResonator, SRR)阵列制造出首个 具有负折射特性的左手材料，引起了国际学术界的巨大震动。利用左手材料的奇异电 磁特性可以突破传统介质的物理极限，实现诸多新颖功能，因此在左手材料的相关研 究还很不完善时，国际通讯产业界(材料厂商、无线设备厂商，以及大型电机厂商等) 就已经开始加紧研究开发采用左手材料的新型微波器件，利用左手材料实现新型高指 向性天线、可调天线罩、微波滤波器、陷波器、耦合器等微波器件。
目前，利用左手材料实现各种可调微波器件备受通讯产业界关注。Shadrivov (Caries jE"x/;/"ew 2006， v14， p9345)和Chen (^/^//erf户/r"/cs 2006, v89, p3509) 等人分别提出在SRR结构中外加变容二极管来调节其频率特性；Degiron (CJprtb 五xpww2007, vl5,pl115)设想在SRR结构中引入电导率可调的半导体来实现可调左 手材料；赵乾等人C4p/;/iVrf尸—w'csle股r2007,v90，p1112)提出将SRR结构浸在液 晶之中，通过外加电场调节液晶的介电常数实现结构的频率可调性。但是外加可调器 件将会大大增加结构的复杂性，而液晶又具有流动性与腐蚀性，这均给可调左手材料 的实际应用带来很大难度。另外，SRR结构左手材料利用电共振与磁共振交叠实现左 手特性，因此由共振色散引起的高损耗是该类左手材料无法避免的难题，这严重影响 了左手材料的应用性能。因此，开发低损耗可调微波器件已成为业界急需攻克的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、低损耗的可调带通滤波器，可用于过滤特定频段以外的微波信号，保证频段内数据信号的传输质量，而且滤波器的工作频带实时 可调。
本发明所述的一种可调带通滤波器的特征在于可调带通滤波器由铁氧体与介质 材料构成，其结构为铁氧体/介质材料/铁氧体的三明治结构，其中介质层位于两片相
同的铁氧体层之间，该结构利用两层铁氧体间的共振耦合产生左手特性实现微波通 带。
所述滤波器的三明治结构中三层材料的厚度比为1:(0.01 3): 1，通过改变介质层 厚度可调节滤波器的通带宽度与插入损耗，介质层厚度越小，带宽越大、损耗越低； 该滤波器中所用到的铁氧体在外加恒磁场与微波场的共同作用下可以产生铁磁共振， 并且铁磁共振频率将决定带通滤波器的工作频段。
所述滤波器中所用到的介质材料为非磁性、绝缘、介电材料，其磁导率为l，磁 损耗小于0.0001，介电常数为1 20，介电损耗低于O.l，电阻率高于lxl012Qcm，满 足上述性能要求的高分子材料或陶瓷材料均可作为该三明治结构的介质层。
本发明可调带通滤波器通过施加外加磁场可以实时调控该滤波器的微波通带频 段，外加磁场强度越高，滤波器工作频段越高；该滤波器可用于微波信号的带通滤波， 可以过滤工作频段以外的微波信号，保证工作频段内数据信号传输质量，而且工作频 带的插入损耗低，可低至ldB以下，可有效保证工作频段内数据信号的信号强度。
本发明的有益效果在于1)低损耗仅利用双层铁氧体的磁共振耦合即实现了
左手特性形成微波通带，而没有采用电共振与磁共振交叠实现左手特性的传统方式，
因而实现了低损耗，微波通带的插入损耗可低至ldB以下；2)工作频带调节方便 通过改变外磁场的强度即可实时调控微波通带的工作频段；3)结构简单、成本低廉:
该滤波器采用三明治结构，整体器件结构简单，易于生产，便于维护，而且核心部件 为铁氧体与介质材料，均为生产工艺成熟、价格低廉的材料。
图l是可调带通滤波器的结构示意图，其中l是铁氧体，2是介质层。 图2是不同磁场条件下带通滤波器的微波透射谱。 图3是滤波器通带中心频率随外磁场强度的变化图。 图4是结构参数变化对样品微波透射特性的影响。
具体实施方式
实施例1:
4采用标准的固相陶瓷工艺制备Ba2Co2Feu022铁氧体基板，将烧结后的铁氧体精 细加工成尺寸为22mmxl0mmx4mm的片状样品，在两铁氧体间插入尺寸 22mmxl0mmxlmm的Ab03作为介质层，其磁导率为1，磁损耗小于0.0001，介电常 数为6，介电损耗0.001，电阻率高于lxl012 Q cm，两铁氧体与A1203层紧密贴合形 成三明治结构滤波器。将滤波器装入标准矩形波导测试，采用图l所示方式对滤波器 施加外磁场，利用矢量网络分析仪测试其微波滤波特性，所得结果如图2所示。所得 微波通带宽度约lGHz，插入损耗可低至ldB以下。微波通带的工作频段随外磁场强 度增加之上升，该滤波器具有优异的频带可调特性。
实施例2:
采用标准的固相陶瓷工艺制备Ba2Co2Fe12022铁氧体基板，将烧结后的铁氧体精 细加工成尺寸为22mmxl0mmx4mm的片状样品，在两铁氧体间插入尺寸 22mmxl0mmx2mm的Teflon作为介质层，其磁导率为1，磁损耗小于0.0001，介电 常数为2.6，介电损耗0.0001,电阻率高于lxl012Qcm，两铁氧体与Teflon层紧密贴 合形成三明治结构滤波器，将滤波器装入标准矩形波导测试，得到其微波滤波特性， 微波通带宽度约lGHz，插入损耗可低至ldB以下。微波通带的工作频段随外磁场强 度增加之上升，通带中心频率随外磁场的变化规律如图3所示，说明该滤波器具有优 异的频带可调特性。
实施例3:
采用标准的固相陶瓷工艺制备Ba2C0L6Cu(uFeu022铁氧体基板，将烧结后的铁氧 体精细加工成尺寸为22mmxi0mmx4mm的片状样品，在两铁氧体间插入有机玻璃作 为介质层，其磁导率为l，磁损耗小于0.0001，介电常数为4，介电损耗0.01，电阻 率高于lx1012 Q cm，两铁氧体与有机玻璃紧密贴合形成三明治结构滤波器。改变三 明治结构中的介质层，分别采用22mmxl0mmx0.1mm、 22mmxl0mmxlmm 、 22mmxl0mmx2mm、 22mmxl0mmx4mm的有机玻璃与铁氧体层复合，获得一系列试 验样品，测试这些样品的微波透射特性，结果如图4所示。随介质层厚度的增加，滤 波器通带宽度减小，插入损耗增加。这显示可以通过改变结构参数有效调节滤波器的 通带宽度与插入损耗。
权利要求
1、一种基于左手特性的低损耗可调带通滤波器，其特征在于，由铁氧体与介质材料构成，其结构为铁氧体/介质材料/铁氧体的三明治结构，其中介质层位于两片相同的铁氧体层之间，利用两层铁氧体间的共振耦合产生左手特性实现微波通带。
2、 如权利要求1所述的基于左手特性的低损耗可调带通滤波器，其特征在于， 所述滤波器的三明治结构中三层材料的厚度比为1:(0.01 3): 1。
3、 如权利要求1所述的基于左手特性的低损耗可调带通滤波器，其特征在于， 所述滤波器中的介质材料为非磁性、绝缘、介电材料，其磁导率为1，磁损耗小于 0.0001，介电常数为1~20，介电损耗低于O.l，电阻率高于lxl012Qcm。
4、 如权利要求3所述的基于左手特性的低损耗可调带通滤波器，其特征在于， 介质材料选用满足上述性能要求的高分子材料或陶瓷材料。
全文摘要
一种基于左手特性的低损耗可调带通滤波器，属于微波元器件领域。本发明由铁氧体/介质材料/铁氧体构成三明治结构，三层材料的厚度比为1∶(0.01～3)∶1，利用两层铁氧体间的共振耦合实现左手特性形成微波通带，通过外加磁场可以实时调控微波通带的工作频段，通过改变结构参数进行可以有效调整通带宽度与插入损耗。该可调带通滤波器，具有超低损耗，插入损耗可低至1dB以下，微波通带工作频段实时可调，通带宽度与插入损耗由结构参数确定。该可调带通滤波器结构简单、应用方便，且易于生产、便于维护。
文档编号H01P1/218GK101499550SQ20091007915
公开日2009年8月5日 申请日期2009年3月3日 优先权日2009年3月3日
发明者乔利杰, 张丽晖, 芳 徐, 李金许, 洋 白 申请人:北京科技大学