[發(fā)明專利]一種具有吸波功能的微波波段帶通濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710055100.8
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN107069160B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張旭;李宏強(qiáng);魏澤勇;程凱揚(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞同濟(jì)大學(xué)研究院;東莞天衛(wèi)電磁技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01P1/219
• 分類號(hào): H01P1/219;H01Q17/00
• 代理公司: 東莞市華南專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44215
• 代理人: 田小偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有吸波功能的微波波段帶通濾波器，屬于無(wú)線通信和新型人工電磁材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，帶通濾波器是很重要的一類器件，如何提高帶通濾波器的性能一直是非常重要的研究?jī)?nèi)容。常規(guī)的帶通濾波器是讓工作頻段有很高的透射率，而工作頻段以外的電磁波主要是被反射掉，雖然這部分電磁波信號(hào)不能通過(guò)帶通濾波器，但是這些被反射的電磁波信號(hào)存在于通信系統(tǒng)中，會(huì)降低信噪比(signal to noise ratio)。

通常的超材料電磁波吸收器都是由金屬-介質(zhì)-金屬組成的三層結(jié)構(gòu)，其底面都是連續(xù)的金屬膜，金屬膜的厚度大于電磁波的穿透深度，從而起到防止電磁波透射的作用，因此通訊頻段的電磁波也是無(wú)法通過(guò)的。在本發(fā)明中，我們將通常的超材料電磁波吸收器的底面換成具有一定開孔結(jié)構(gòu)的金屬膜，從而使得通訊用的電磁波可以通過(guò)，而該結(jié)構(gòu)又具有對(duì)帶外電磁波信號(hào)的吸收能力，從而可以降低噪聲的影響，提高信噪比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有吸波功能的微波波段帶通濾波器，該帶通濾波器可有效對(duì)帶通頻段以外的電磁波進(jìn)行吸收。具體地說(shuō)，本發(fā)明是在S波段的高頻部分或C波段的低頻部分有透射，而在C波段的高頻部分和X、Ku波段有很多吸收波段的帶通濾波器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種具有吸波功能的微波波段帶通濾波器，包括：多個(gè)正方形的濾波單元，

所述濾波單元由4個(gè)呈正方形設(shè)置的吸收單體拼接而成，吸收單體包括：

位于底層的金屬濾波層，其厚度為17～36μm；

位于中間層的介質(zhì)層，其厚度為2～6mm；

位于表層且金屬材質(zhì)的耦合層，其厚度為17～36μm；

其中，耦合層的中部設(shè)有通孔并將耦合層分成兩部分，且耦合層呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)；相鄰的兩個(gè)吸收單體的通孔方向垂直。優(yōu)選地，通孔的長(zhǎng)度方向與耦合層的一側(cè)面平行設(shè)置。濾波單元由四個(gè)吸收單體組成，其中兩個(gè)是吸收單體A，另外兩個(gè)是吸收單體B。吸收單體A和B都由三層結(jié)構(gòu)組成，分別是位于底層的金屬濾波層，位于中間層的介質(zhì)層和位于表層的對(duì)稱開口環(huán)結(jié)構(gòu)。吸收單體A和B的底層金屬濾波層和中間介質(zhì)層都相同，吸收單體B的對(duì)稱開口環(huán)結(jié)構(gòu)由吸收單體A的對(duì)稱開口環(huán)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90度得到，反之亦然。因此，濾波單元的表層是由四個(gè)對(duì)稱開口環(huán)結(jié)構(gòu)組成。

吸收單體A和B中的對(duì)稱開口環(huán)和底層的金屬濾波層之間可以產(chǎn)生電諧振或磁諧振。電諧振和磁諧振及其混合諧振模式可以產(chǎn)生很多吸收頻段，而耦合層和底層的濾波層具有帶通頻段，因此就構(gòu)成了具有吸波功能的微波波段帶通濾波器。兩種吸收單體A和B的底層金屬濾波層和中間介質(zhì)層相同，吸收單體B的對(duì)稱開口環(huán)結(jié)構(gòu)由吸收單體A的對(duì)稱開口環(huán)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90度得到，反之亦然。吸收單體A的上下左右是四個(gè)吸收單體B，同樣吸收單體B的上下左右是四個(gè)吸收單體A。該發(fā)明的濾波單元具有四度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。

進(jìn)一步地，所述通孔包括位于中部且呈正方形設(shè)置的耦合孔和位于耦合孔兩側(cè)也呈正方形設(shè)置的開孔，優(yōu)選地，耦合孔邊長(zhǎng)為a，開孔邊長(zhǎng)為b，a>b。再優(yōu)選地，a＝(1.5～2.5)b。通孔呈十字形設(shè)置。

每個(gè)對(duì)稱開口環(huán)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)正方形耦合孔和兩個(gè)正方形開孔。吸收單體A和B的底層金屬濾波層的邊長(zhǎng)小于介質(zhì)層的邊長(zhǎng)。因此，帶通濾波器的一個(gè)濾波單元的底面由四個(gè)正方形的金屬片、一個(gè)十字形開孔以及一個(gè)正方形開孔框組成。該發(fā)明的濾波單元具有四度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，因此由吸收單體A和B所組成的濾波單元向x和y方向進(jìn)行周期延拓構(gòu)成的帶通濾波器對(duì)極化方向分別平行于x軸和y軸的垂直入射線極化電磁波具有相同的吸收和帶通特性。

本發(fā)明的帶通頻段的頻率范圍主要由濾波單元的整體結(jié)構(gòu)參數(shù)、介質(zhì)層厚度以及吸收單體的耦合層和濾波層等結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)決定，其中濾波單元的整體結(jié)構(gòu)參數(shù)和介質(zhì)層厚度起主要作用。本發(fā)明中的吸收頻段由吸收單體A和吸收單體B中不同部位引起的磁諧振或電諧振來(lái)決定。本發(fā)明中的一個(gè)濾波單元由兩個(gè)吸收單體A和兩個(gè)吸收單體B組成，因此一個(gè)吸收單體的整體尺寸小于濾波單元，所以由吸收單體決定的吸收頻段的頻率會(huì)高于主要由濾波單元整體尺寸決定的帶通頻段。

進(jìn)一步地，耦合層、介質(zhì)層、金屬濾波層均為正方形結(jié)構(gòu)，且耦合層、金屬濾波層的邊長(zhǎng)均小于介質(zhì)層的邊長(zhǎng)。因此，由四個(gè)吸收單體A和B組成的帶通濾波器的一個(gè)濾波單元的底面由四個(gè)正方形的金屬片、一個(gè)十字形開孔和一個(gè)正方形開孔框組成。濾波單元底層的十字形開孔的寬度d為0.8～1.4mm，濾波單元底層的正方形開孔框的寬度為0.4～0.7mm。