[發(fā)明專利]用于可調(diào)帶阻濾波器的鐵氧體基超材料及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410718264.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104409818A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周濟(jì);畢科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/215
• 分類號(hào): H01P1/215
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通訊、光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于可調(diào)帶阻濾波器的鐵氧體基超材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，微波通信系統(tǒng)及器件得到迅速發(fā)展。作為一種頻率選擇功能的微波器件，微波濾波器在各種通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。隨著微波技術(shù)應(yīng)用的逐步深入，各種頻段的微波器件相繼出現(xiàn)，頻帶分布日益密集。微波頻譜作為一種“不可再生”的資源，被各種通信系統(tǒng)占用，各個(gè)通信系統(tǒng)所用的頻帶之間的間隔越來(lái)越小。因此，為了確保各個(gè)通信系統(tǒng)之間信號(hào)頻帶不重疊、不干擾，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者一方面尋求拓寬頻率，另一方面對(duì)頻率選擇器――微波濾波器的性能提出了更高的要求，即除了滿足良好的頻率選擇特性外，還要求濾波器具有其他優(yōu)良特性，如低插損、體積小、低成本、工作穩(wěn)定、外場(chǎng)可調(diào)等特性。各種微波濾波器按不同的標(biāo)準(zhǔn)可分為多個(gè)類型，其中之一就是帶阻濾波器。與其他種類的濾波器一樣，帶阻濾波器同樣在各種微波通信系統(tǒng)中發(fā)揮著非常重要的作用，其濾波表現(xiàn)直接影響到系統(tǒng)的性能。

隨著信息化進(jìn)程的推進(jìn)，電磁環(huán)境愈來(lái)愈復(fù)雜，微波系統(tǒng)受到外來(lái)信號(hào)干擾己不鮮見(jiàn)。在信號(hào)的某個(gè)或某幾個(gè)頻點(diǎn)處有較強(qiáng)的干擾時(shí)，研究者將采用某種手段對(duì)這些干擾進(jìn)行抑制。這種情況下，用具有較寬阻帶的帶通濾波器來(lái)對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，在濾除干擾的同時(shí)，也可能會(huì)把一定頻率范圍內(nèi)的有用信號(hào)抑制掉，因此，如果采用一個(gè)或多個(gè)帶阻濾波器，使其阻帶恰好位于干擾信號(hào)頻率處，以這種方式來(lái)抑制干擾信號(hào)會(huì)更加靈活有效。因此，對(duì)帶阻濾波器結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入研究很有必要，且意義重大。傳統(tǒng)方法是在接收通道前端加固定帶阻濾波器，但隨著電磁環(huán)境的日益惡劣和復(fù)雜，如來(lái)自不同目標(biāo)的不同干擾信號(hào)隨時(shí)可能出現(xiàn)，它包括不同頻率點(diǎn)、不同帶寬的干擾信號(hào)，這時(shí)采用固定濾波器就顯得力不從心了。隨著潛在的干擾頻率點(diǎn)的增多，所需要的固定帶阻濾波器也就更多，從而導(dǎo)致器件的體積增大和損耗增加，而且它還要求干擾信號(hào)必須是系統(tǒng)出廠時(shí)已知確切參數(shù)的信號(hào)，而在實(shí)際戰(zhàn)斗中，干擾信號(hào)是在滿頻帶范圍內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)，這都將導(dǎo)致系統(tǒng)可能無(wú)法正常工作。濾波器性能的優(yōu)劣很大程度上是由介質(zhì)諧振子的諧振性能所決定的。因此，設(shè)計(jì)并制備出一種用于可調(diào)帶阻濾波器的諧振材料，對(duì)于現(xiàn)代微波通信領(lǐng)域中消除隨機(jī)干擾信號(hào)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于可調(diào)帶阻濾波器的鐵氧體基超材料及其應(yīng)用。

本發(fā)明提供的鐵氧體基超材料，由單根鐵氧體棒構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元周期性排列而成；且相鄰兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元之間的間距相同，且均小于電磁波的波長(zhǎng)。

上述鐵氧體基超材料中，構(gòu)成所述鐵氧體棒的材料為軟磁鐵氧體，具體選自釔鐵石榴石(YIG)鐵氧體、錳鋅(MnZn)鐵氧體和鎳鋅(NiZn)鐵氧體中的至少一種。

所述相鄰兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元之間的間距為電磁波波長(zhǎng)的1/2以下；

所述周期性排列為矩陣式排列；

所述鐵氧體基超材料還包括若干個(gè)用于支撐所述單根鐵氧體棒的支撐板，且每個(gè)支撐板上放置若干個(gè)單根鐵氧體棒；相鄰支撐板之間的間距相同，且與相鄰兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元的間距相同；

由于所述鐵氧體基超材料的兩個(gè)相鄰結(jié)構(gòu)單元的間距遠(yuǎn)小于電磁波的波長(zhǎng)，根據(jù)有效介質(zhì)理論可看作有效的“均勻”介質(zhì)。

構(gòu)成所述支撐板的材料為聚四氟乙烯。

上述鐵氧體基超材料可按照包括如下步驟的方法制得：

1)將鐵氧體塊體切割成棒狀樣品；

2)將聚四氟乙烯塊體切割成平板狀；

3)將鐵氧體棒按一定距離均勻黏附在聚四氟乙烯板上；聚四氟乙烯板上相鄰鐵氧體棒之間的距離遠(yuǎn)小于電磁波的波長(zhǎng)，再將一定數(shù)量的黏附有鐵氧體棒的聚四氟乙烯板排列起來(lái)，相鄰板之間的距離與相鄰鐵氧體棒之間的距離相等，得到上述鐵氧體基超材料。

其中，聚四氟乙烯板的個(gè)數(shù)可根據(jù)微波調(diào)制器件如濾波器的尺寸要求而定。

另外，含有上述鐵氧體基超材料的微波調(diào)制器件，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，其中，所述微波調(diào)制器件為帶阻濾波器，具體為可調(diào)帶阻濾波器。

上述本發(fā)明提供的鐵氧體基超材料或微波調(diào)制器件在微波調(diào)制中的應(yīng)用，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

其中，所述微波調(diào)制包括如下步驟：將所述鐵氧體基超材料或所述微波調(diào)制器件置于磁場(chǎng)和電磁波中，并使所述鐵氧體棒的長(zhǎng)度方向垂直于電磁波的傳播方向且平行于電磁波的電場(chǎng)分量；

所述鐵氧體棒的磁化方向?yàn)槠叫杏谒鲨F氧體棒的長(zhǎng)度方向。