[发明专利]一种基于左手特性的低损耗可调带通滤波器

说明书

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(Metallic wires)与开口谐振环(Split-ring Resonator，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 (Optics Express 2006，v 14，p9345)和Chen(Applied Physics Letter 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(Optics Express 2007，v15，p1115)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(Applied Physics Letter 2007，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1，磁 损耗小于0.0001，介电常数为1～20，介电损耗低于0.1，电阻率高于1×10¹²Ωcm，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1dB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1dB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。

附图说明

图1是可调带通滤波器的结构示意图，其中1是铁氧体，2是介质层。