专利名称：一种谐振腔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电磁通信领域，更具体地说，涉及一种谐振腔。
背景技术：
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型化具有重要的意义。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述谐振频率低必然谐振腔体积大的缺陷，提供一种实现低频谐振而体积小的谐振腔。本实用新型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、分别安装在所述腔体的两侧壁上且均伸入到所述腔体内部的两个激励端口，所述两个激励端口相向设置，所述腔体内放置有至少一个超材料片层，每个超材料片层包括非金属材料的基板和附着在所述基板上的人造微结构，所述人造微结构为一根导电材料的丝线多次绕行而成的结构。在本实用新型所述的谐振腔中，所述人造微结构为所述丝线螺旋形绕行或者蛇形绕行而成的结构。在本实用新型所述的谐振腔中，所述人造微结构为所述丝线既有螺旋形绕行又有蛇形绕行而成的结构。在本实用新型所述的谐振腔中，所述人造微结构在所述基板上附着所占的面积大于所述基板的面积的30%。在本实用新型所述的谐振腔中，所述人造微结构在所述基板上附着所占的面积大于所述基板的面积的50%。在本实用新型所述的谐振腔中，所述超材料片层有多个，相邻两超材料片层之间通过机械连接或者粘接的方式成为一体。在本实用新型所述的谐振腔中，所述人造微结构是由一根铜线围成一个开口圆环后两端分别向环内多次蛇形绕行而得到的结构。在本实用新型所述的谐振腔中，所述人造微结构包括四个支路，每个支路具有一个蛇形绕行部分。在本实用新型所述的谐振腔中，所述超材料片层置于所述腔体内部的正中间。在本实用新型所述的谐振腔中，所述腔体内部底面上放置有支撑所述超材料片层的支座。实施本实用新型的谐振腔，具有以下有益效果能大大降低谐振腔的谐振频率，若要实现相同的谐振频率，显然谐振腔的体积大大减小。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图1是本实用新型优选实施例的谐振腔的结构示意图；图2是图1所示谐振腔的俯视图；图3是图1所示谐振腔的剖视图；图4至图7是人造微结构为蛇形绕行而成的结构的四种示例；图8、图9是人造微结构为螺旋形绕行而成的结构的两种示例；图10、图11是人造微结构既有螺旋形绕行又有蛇形绕行而成的结构的两种示例。
具体实施方式
本实用新型涉及一种谐振腔，如图1所示，包括腔体1、激励端口 3和超材料片层 4。当腔体1为上端开口从而形成空腔的结构时，谐振腔还包括盖在腔体1开口端上、从而封闭空腔的腔盖2。激励端口 3有两个，分别安装在所述腔体1的两侧壁上，且均伸入到腔体1内部，两个激励端口 3相向设置。如图2所示，超材料片层4位于腔体1内部，且位于两个激励端口 3之间。两激励端口 3的端部分别抵在超材料片层4的两侧边缘上，如图3所示。当超材料片层4有多个时，相邻两超材料片层4之间通过机械连接如焊接、铆接、螺栓连接的方式连在一起，也可通过粘接剂粘接成一体。至少一个超材料片层4构成的超材料整体，优选置于腔体1内部的正中间，即超材料整体的前、后表面距离腔体1的前、后内壁分别相等，超材料整体的左、 右表面距离腔体1的两侧内壁分别相等，超材料整体的上、下表面距离腔体1的上、下内壁分别相等。为了保证超材料整体在腔体内部的稳固性，可以在腔体1的下底面上放置支撑超材料片层4的支座，所述支座由透波材料制成，例如塑料、泡沫等。以上是谐振腔在结构上的优选方案，例如激励端口 3并不必然接触在超材料片层4的两侧，超材料片层4也并不必然位于腔体的正中间，其可以直接置于腔体的底部，水平或竖直放置等。如图2、图3所示，每个超材料片层4包括基板5和附着在基板5上的人造微结构 6。基板5通常由非金属材料制成，例如聚四氟乙烯、环氧树脂、陶瓷、铁电材料、铁氧材料、 铁磁材料、Si02、FR-4材料等。本实用新型中，基板5优选陶瓷材料。人造微结构6是由一根导电材料的丝线多次绕行而成的结构；这里的导电材料通常是金属如铜、银等，也可以是其他可以导电的材料例如ΙΤ0、石墨、碳纳米管等。丝线在基板表面上绕行，是为了尽可能地占据基板的表面面积，从而在有限的基板表面上绕行尽可能长的丝线。在超材料领域，人造微结构对电磁波的影响可以通过近似等效为电容电感组成的电路来分析，丝线线长增大可以近似等效为电感增大，根据公式
/ = ^^可知，谐振频率也降低。因此，采用本实用新型的具有这种特征的人造微结构
6，能够有效降低谐振腔的谐振频率，而降低谐振腔的谐振频率正是减小滤波器体积的关键所在。绕行分螺旋形绕行和蛇形绕行两种。这里的蛇形绕行，是指一点自一起始点往复运动一次后在上一次往复运动的终点作为起始点进行下一个往复，依次递推，每次往复运动的终点均沿同一个方向离开其起始点一定距离，得到的轨迹即为蛇形绕行，一次往复运动为一次绕行。这样的蛇形绕行的人造微结构6示例如图4至图7所示。图4所示的人造微结构6，是由一根铜线围成一个开口圆环后两端分别向环内多次蛇形绕行而得到的结构；图5示出的是人造微结构6包括四个支路，每个支路具有一个蛇形绕行部分，由于四个支路连接到一点因此仍为一条丝线；图6所示的人造微结构6是包括两根平行的铜线段和位于所述两铜线段之间的蛇形绕行线段，由于它们三者连接在一起， 因此仍然是一条丝线。图7的人造微结构6也是包括两平行的铜线段和位于铜线段之间的蛇形绕行线段，与图6的区别是，其绕行方向也即每个往复运动的终点远离其起始点的方向垂直于图6的绕行方向。本文的螺旋形绕行，是指以一点开始向外逐圈旋绕而形成的曲线，每绕一圈即为绕行一次。螺旋形绕行的人造微结构6的示例如图8、图9所示。图8示出的是一根铜线或银线绕行4次得到的螺旋形结构；图9所示的可以看作是由两根平行的螺旋绕行的线段和连接两线段末端的第三根线段构成，由于三者首尾连接，没有断开，因此仍然是一条丝线。图3所示的人造微结构也为螺旋形绕行结构，其为一根丝线两端分别螺旋形绕行多次得到。当然，本实用新型的人造微结构6可以既有螺旋形绕行，又有蛇形绕行，如图10、 图11所示。图10所示的为两个蛇形绕行之间还具有螺旋形绕行，而图11所示的是两个螺旋形绕行之间还具有蛇形绕行。当然，本实用新型的人造微结构6的绕行，有多种变化方式，本文不再一一列举。 凡是通过多次绕行的方式以在有限的基板5表面上设置的丝线尽可能长，这样的人造微结构6均属于本实用新型的人造微结构6。采用这样的方式，使得人造微结构6在基5板上附着所占的面积能达到所在的基板表面的面积的30%以上，也即占空比达到30%。优选的， 本实用新型中人造微结构6的丝线的线宽与丝线的走线间距接近或者线宽略大于走线间距，使得占空比能达到50%以上，现代加工工艺中线宽最小可以达到0. 1mm。为了验证本实用新型的效果，对本实用新型的谐振腔和空腔的谐振腔进行仿真对比实验。对一个铜质谐振腔进行仿真，其空腔尺寸为20mmX20mmX20mm，测量的谐振频率是10. 63GHz。加入的超材料片层有6片，基板为陶瓷材料，每块基板的尺寸为 IOmmX IOmmX 1mm，其中Imm为厚度；人造微结构为铜线，线宽0. 1mm，厚度为0.018mm，结构如图3所示，尺寸为9. SmmX9. 8mm。仿真得出具有这样超材料片层的谐振腔，其谐振频率降到0. 238GHz。可见，谐振频率大大降低，若要实现相同的谐振频率，显然谐振腔的体积大大减小。上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型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实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
权利要求1.一种谐振腔，包括腔体、分别安装在所述腔体的两侧壁上且均伸入到所述腔体内部的两个激励端口，所述两个激励端口相向设置，其特征在于，所述腔体内放置有至少一个超材料片层，每个超材料片层包括非金属材料的基板和附着在所述基板上的人造微结构，所述人造微结构为一根导电材料的丝线多次绕行而成的结构。
2.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为所述丝线螺旋形绕行或者蛇形绕行而成的结构。
3.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构为所述丝线既有螺旋形绕行又有蛇形绕行而成的结构。
4.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构在所述基板上附着所占的面积大于所述基板的面积的30%。
5.根据权利要求4所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构在所述基板上附着所占的面积大于所述基板的面积的50%。
6.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述超材料片层有多个，相邻两超材料片层之间通过机械连接或者粘接的方式成为一体。
7.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构是由一根铜线围成一个开口圆环后两端分别向环内多次蛇形绕行而得到的结构。
8.根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于，所述人造微结构包括四个支路，每个支路具有一个蛇形绕行部分。
9.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述超材料片层置于所述腔体内部的正中间。
10.根据权利要求1所述的谐振腔，其特征在于，所述腔体内部底面上放置有支撑所述超材料片层的支座。
专利摘要本实用新型涉及一种谐振腔，包括腔体、分别安装在所述腔体的两侧壁上且均伸入到所述腔体内部的两个激励端口，所述两个激励端口相向设置，所述腔体内放置有至少一个超材料片层，每个超材料片层包括非金属材料的基板和附着在所述基板上的人造微结构，所述人造微结构为一根导电材料的丝线多次绕行而成的结构，这种结构大大增加了超材料介质的电感，从而改变了谐振频率。采用本实用新型能大大降低谐振腔的谐振频率，若要实现相同的谐振频率，显然谐振腔的体积大大减小。
文档编号H01P7/06GK202217775SQ201120295870
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者刘京京, 刘尧, 刘若鹏, 栾琳, 苏翠, 钟果 申请人:深圳光启创新技术有限公司, 深圳光启高等理工研究院