[發明專利]與鐵氧體薄膜材料共基底的微帶線濾波器及其調節方法

有效

• 申請號: 201310302605.1
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN103401047A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 周浩淼;廉靖;朱鋒杰
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20;H01P11/00;H01Q13/08
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技術領域

本發明涉及一種與鐵氧體薄膜材料共基底的微帶線濾波器及其調節方法。

背景技術

近年來，因傳統濾波器的工作頻率比較單一，無法對其工作頻段進行調節，亦無法對其工作頻點進行精確調節，已有學者嘗試使用鐵氧體材料進行濾波器的設計，原理主要是利用鐵氧體介質相對高的介電常數來有效地減小微波濾波器的尺寸；同時由于鐵氧體介質在外加偏置磁場的條件下，會發生鐵磁共振效應，以及壓電材料會因為施加電場而產生電容效應從而形變并能牽制所接觸的鐵氧體層發生形變，因而對傳輸線中能量的變化產生了影響，從而影響了濾波器原有的性能，因此可以通過改變外加偏置磁場和電場來調節微波濾波器的工作頻率。

然而在運用鐵氧體薄膜設計這種磁電雙可調濾波器的過程中，如圖5所示，首先需要滿足所選取鐵氧體薄膜及供其生長的基底材料具有相同尺寸，其次要滿足濾波器的基板材料具有合適的介電常數并能夠和鐵氧體材料的基底進行粘合，再次要盡量減小粘合劑對濾波器性能的影響。這樣就增加了在濾波器設計和制作中的難度和復雜度，而且，運用了鐵氧體材料基底又需要濾波器基底，也會相對增大了濾波器的尺寸，不利于其小型化發展。

發明內容

本發明的目的針對現有技術的不足，提供一種微帶線與鐵氧體薄膜材料共基底的磁電可調濾波器。

一種與鐵氧體薄膜材料共基底的微帶線濾波器，包括兩塊壓電層(1)、一塊鐵氧體層(2)、GGG基底材料(3)、金屬微帶線(4)；濾波器以鐵氧體層(2)生長所需要的GGG基底材料(3)為基底；在生長著鐵氧體層(2)的GGG基底材料(3)的上表面，沿著長度方向的中心軸線印刷出一層單導帶的金屬微帶線(4)；兩塊壓電層(1)分別置于微帶線的兩側，與未被微帶線覆蓋的鐵氧體層(2)的兩邊部分通過環氧樹脂粘合，在兩塊壓電層(1)的上下兩個表面上分別鍍有一層金屬薄膜(5)；對此濾波器施加平行于器件方向的磁場，在其左、右兩側分別放置電磁鐵(6)的N、S極。

所述的濾波器，所述的鐵氧體層(2)為生長在GGG基底材料(3)上的釔鐵石榴石YIG薄膜，并在GGG基底材料(3)和YIG薄膜的寬度方向中心軸線上印刷出金屬微帶線(4)作為信號傳輸線。

所述的濾波器，所述的兩塊壓電層(1)為鋯鈦酸鉛PZT材料，其上下表面所鍍的金屬薄膜(5)為Ag膜。

所述的與濾波器，通過所述的金屬薄膜(5)施加外部電壓。

本發明繼續提供一種所述的濾波器的調節方法，施加電流給電磁鐵里的線圈從而控制電磁鐵(6)向所述的濾波器施加平行于磁場方向的外部偏置磁場時，鐵氧體層(2)會發生鐵磁共振效應，從傳輸信號的金屬微帶線(4)中吸收能量，導致所述的濾波器的工作性能發生改變；通過調節電磁鐵上電流的大小以及N、S極之間的距離可以改變施加在濾波器上偏置磁場的強度，從而實現對不同的工作頻率范圍或者頻點G赫茲數量級的粗調；在壓電層(1)兩個表面的金屬薄膜上施加外部電壓，通過兩個金屬薄膜之間的電容效應，壓電層(1)上產生均勻的電場，通過所述電場，導致壓電層(1)產生形變從而牽動鐵氧體層(2)形變，即將其所產生的影響等效為對鐵氧體層(2)施加一個磁場，那么改變外加電場的強度即可實現濾波器工作頻率在兆赫茲數量級的精確調節；通過改變電壓的正負方向，實現所述濾波器工作頻率的左右偏移。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

首先，與傳統的微帶線濾波器相比，由于鐵氧體材料和壓電材料存在高介電常數(ε＞10)和高磁導率(μ＞10)的優點，可以實現濾波器的小型化。再者，通過調節電磁鐵上的電流的大小以及N、S極之間的距離可以改變施加在磁電層合材料上偏置磁場的強度，實現對微波濾波器工作頻率的粗調。通過改變施加在壓電層上下兩個表面金屬薄膜上的外部電壓可以實現工作頻率在幾十兆赫茲內的精確調節。通過改變電壓的正負方向，即可實現阻帶峰的左右偏移，并且，對于不同的壓電材料，由于其本身的特性，濾波器性能偏移的方向和偏移量也會存在差異。磁場調節和電場調節之間工作獨立，不會相互干擾。本發明克服了傳統微波器件工作頻段不可調或可調工作頻帶單一，無法在小頻段范圍內精確調節等缺點，適合無線通信中的可調應用。同時，由于其磁電雙可調特性，該設計克服了傳統磁可調微波器件工作時損耗大，響應時間長等缺點，將在我國的移動通信，衛星通信，醫療儀器，武裝遙控，安全系統及藍牙技術等領域有很大的應用前景。