[发明专利]用于可调带阻滤波器的铁氧体基超材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于光通讯、光电子技术领域，特别涉及一种用于可调带阻滤波器的铁氧体基超材料及其应用。

背景技术

随着现代信息科学与技术的发展，微波通信系统及器件得到迅速发展。作为一种频率选择功能的微波器件，微波滤波器在各种通信系统中起着至关重要的作用。随着微波技术应用的逐步深入，各种频段的微波器件相继出现，频带分布日益密集。微波频谱作为一种“不可再生”的资源，被各种通信系统占用，各个通信系统所用的频带之间的间隔越来越小。因此，为了确保各个通信系统之间信号频带不重叠、不干扰，系统设计者一方面寻求拓宽频率，另一方面对频率选择器――微波滤波器的性能提出了更高的要求，即除了满足良好的频率选择特性外，还要求滤波器具有其他优良特性，如低插损、体积小、低成本、工作稳定、外场可调等特性。各种微波滤波器按不同的标准可分为多个类型，其中之一就是带阻滤波器。与其他种类的滤波器一样，带阻滤波器同样在各种微波通信系统中发挥着非常重要的作用，其滤波表现直接影响到系统的性能。

随着信息化进程的推进，电磁环境愈来愈复杂，微波系统受到外来信号干扰己不鲜见。在信号的某个或某几个频点处有较强的干扰时，研究者将采用某种手段对这些干扰进行抑制。这种情况下，用具有较宽阻带的带通滤波器来对干扰信号进行抑制，在滤除干扰的同时，也可能会把一定频率范围内的有用信号抑制掉，因此，如果采用一个或多个带阻滤波器，使其阻带恰好位于干扰信号频率处，以这种方式来抑制干扰信号会更加灵活有效。因此，对带阻滤波器结构及设计方法进行深入研究很有必要，且意义重大。传统方法是在接收通道前端加固定带阻滤波器，但随着电磁环境的日益恶劣和复杂，如来自不同目标的不同干扰信号随时可能出现，它包括不同频率点、不同带宽的干扰信号，这时采用固定滤波器就显得力不从心了。随着潜在的干扰频率点的增多，所需要的固定带阻滤波器也就更多，从而导致器件的体积增大和损耗增加，而且它还要求干扰信号必须是系统出厂时已知确切参数的信号，而在实际战斗中，干扰信号是在满频带范围内随机出现，这都将导致系统可能无法正常工作。滤波器性能的优劣很大程度上是由介质谐振子的谐振性能所决定的。因此，设计并制备出一种用于可调带阻滤波器的谐振材料，对于现代微波通信领域中消除随机干扰信号具有重大的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于可调带阻滤波器的铁氧体基超材料及其应用。

本发明提供的铁氧体基超材料，由单根铁氧体棒构成的结构单元周期性排列而成；且相邻两个结构单元之间的间距相同，且均小于电磁波的波长。

上述铁氧体基超材料中，构成所述铁氧体棒的材料为软磁铁氧体，具体选自钇铁石榴石(YIG)铁氧体、锰锌(MnZn)铁氧体和镍锌(NiZn)铁氧体中的至少一种。

所述相邻两个结构单元之间的间距为电磁波波长的1/2以下；

所述周期性排列为矩阵式排列；

所述铁氧体基超材料还包括若干个用于支撑所述单根铁氧体棒的支撑板，且每个支撑板上放置若干个单根铁氧体棒；相邻支撑板之间的间距相同，且与相邻两个结构单元的间距相同；

由于所述铁氧体基超材料的两个相邻结构单元的间距远小于电磁波的波长，根据有效介质理论可看作有效的“均匀”介质。

构成所述支撑板的材料为聚四氟乙烯。

上述铁氧体基超材料可按照包括如下步骤的方法制得：

1)将铁氧体块体切割成棒状样品；

2)将聚四氟乙烯块体切割成平板状；

3)将铁氧体棒按一定距离均匀黏附在聚四氟乙烯板上；聚四氟乙烯板上相邻铁氧体棒之间的距离远小于电磁波的波长，再将一定数量的黏附有铁氧体棒的聚四氟乙烯板排列起来，相邻板之间的距离与相邻铁氧体棒之间的距离相等，得到上述铁氧体基超材料。

其中，聚四氟乙烯板的个数可根据微波调制器件如滤波器的尺寸要求而定。

另外，含有上述铁氧体基超材料的微波调制器件，也属于本发明的保护范围，其中，所述微波调制器件为带阻滤波器，具体为可调带阻滤波器。

上述本发明提供的铁氧体基超材料或微波调制器件在微波调制中的应用，也属于本发明的保护范围。

其中，所述微波调制包括如下步骤：将所述铁氧体基超材料或所述微波调制器件置于磁场和电磁波中，并使所述铁氧体棒的长度方向垂直于电磁波的传播方向且平行于电磁波的电场分量；

所述铁氧体棒的磁化方向为平行于所述铁氧体棒的长度方向。