[发明专利]一种基于相变材料的可重定义微波器件

说明书

本发明涉及一种基于相变材料的可重定义微波器件。包括介质基板，在介质基板的顶面中部设有辐射贴片、传输线、通断传输线和两块匹配单元；介质基板的底面为金属接地板；通断传输线和匹配单元的材料均为二氧化钒；利用匹配单元的低电导率和通断传输线的低电导率组合实现微波贴片天线的功能；利用通断传输线相变前低电导率、匹配单元相变后高电导率的性能组合形成微波能量衰减传输，实现微波衰减器的功能；利用通断传输线相变后高电导率、匹配单元相变后高电导率的性能与金属贴片一起构成选频电路，组合形成微波信号滤波传输，实现微波滤波器的功能。本发明降低了微波器件的成本，解决了因微波器件小型化造成的器件堆叠问题，提高了电磁兼容性能。

技术领域

本发明属于微波天线，微波电路与器件领域，具体是一款具有多种器件功能转换和重构的可重定义微波器件。

背景技术

微波电路领域由于本身受限于电磁分布、电磁波传播的复杂性难以通过利用数字电路的可重构方式实现微波电路复用。早在上世纪六十年代，针对微波领域的可重构就被提出，半个世纪以来一直是研究的热点之一，到目前为止科研人员针对微波器件与电路的可重构研究，实现了同种微波器件指标的可重构，其实现的主要途径基本分为三个方面：一、利用相变材料电导率的可重构属性进行微波电路结构的选择或电流通路的切换，实现了在同种器件的基础上一个或多个指标的可重构。二、通过可变微波器件像可变电阻、可变电容等器件，改变可变微波器件的等效电阻和电容等参数进行微波电路的切换实现性能指标的重构。三、通过利用改变载体的弯曲或者拉伸实现电路结构的重组进行微波器件指标的可重构。以上微波器件实现的可重构其主要的重构方法主要集中在电路结构中电流的通断或者通过改变局部可变微波器件实现整体结构等效参量的调谐，其解决的问题主要集中在若干性能指标的重构如同种器件工作频段的重构、相位的重构等，未能从根本改变器件的功能定义。目前可重构的设计方法在实现单一器件不同指标的变换的基础上同时也带来一些问题，例如在微系统中器件功能单元仍然较多，电路面积相对较大，电路复杂，寄生效应严重等。因此，亟待考虑如何从更深层次来解决微波电路的可重构可复用问题，以更简洁、更灵活和更紧凑的途径实现功能更多，性能更好的通用微波器件与电路，缩短微波电路与数字电路的差距。

发明内容

为了实现不同种微波器件功能的转换、复用与重构，即实现微波器件的可重定义，本发明提供一种基于相变材料的可重定义微波器件。

一种基于相变材料的可重定义微波器件包括介质基板1，在介质基板1的顶面中部设有辐射贴片2，辐射贴片2的一端连接着传输线3的一端，辐射贴片2的另一端连接着通断传输线4的一端，传输线3的另一端为输入端口，通断传输线4的另一端为输出端口，传输线3的输入端口和通断传输线4的输出端口分别位于介质基板1的边缘；与传输线4的一端两侧对应的辐射贴片2上分别嵌入匹配单元5；所述介质基板1的底面为金属接地板6；工作时，所述传输线3的输入端口和通断传输线4的输出端口分别通过同轴连接器馈电；

所述通断传输线4材料和匹配单元5材料为相同的相变材料，所述相变材料为二氧化钒；

室温条件下，所述匹配单元5的低电导率和通断传输线4的低电导率组合，实现微带贴片天线的功能；利用通断传输线4相变前的低电导率，当温度升高至68℃以上，匹配单元5相变后高电导率的性能，二者组合形成微波能量衰减传输，实现微波衰减器的功能；当温度升至68℃以上，通断传输线4和匹配单元5均相变为高电导率性能，与金属贴片2一起构成选频电路，实现微波滤波器的功能。

进一步限定的技术方案如下：

所述介质基板1的材料为三氧化二铝，所述辐射贴片2、传输线3和金属接地板6的材料均为铜。

所述微带贴片天线的工作波段为波长58～60mm的C波段，中心频率波长λ₀为59mm，在5.05GHz到5.15GHz内S11≤-10dB，5.1GHz的方向图增益约为1.7dB。

所述微波衰减器的工作频段为4～6GHz两个端口的插损小于-55dB，衰减效果较好。