使用固态Ω结构异向介质构成的微波滤波器

摘要

本发明公开了一种使用固态Ω结构异向介质构成的微波滤波器。是将多层刻有Ω金属结构的微波基板和与刻有Ω金属结构的微波基板相同层数空白的微波基板相间放置，热压为固态异向介质，构成该微波滤波器的介质材料；除朝向Ω金属结构的微波基板的Ω顶面和底面的固态异向介质两个侧面没有金属膜层外，固态异向介质的另外四个表面均有一层金属膜层。在工作频段内，异向介质的介电常数和磁导率同时为负，从而构成了一个通带，可以利用这一特性，构造微波带通滤波器。本发明中异向介质材料采用了固态Ω结构。将异向介质应用于微波滤波器，可以在使用较小的介电常数基板条件下，实现体积小，滤波性能好，有着广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用固态Ω结构异向介质构成的微波滤波器。

背景技术

前苏联科学家V.G.Veselago在1968年预言：当介质的介电常数ε与磁导率μ同时为负数时，其折射率将变为负值。这种ε和μ同时为负的介质被美国麻省理工学院J.A.Kong命名其中文名称为“异向介质”。2001年，美国加州大学San Diego分校的D.R.Smith等人根据英国帝国理工学院J.B.Pendry的研究结果首次构造出ε与μ同时为负的人工介质。随着人工异向介质的诞生和理论研究的深入，对异向介质的应用更多的引起了人们的关注，而利用异向介质构造微波带通滤波器，则是对异向介质最为直接的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用固态Ω结构异向介质构成的微波滤波器。是利用异向介质的介电常数和磁导率同时为负的交叠频段，实现带通滤波。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将多层刻有Ω金属结构的微波基板和与刻有Ω金属结构的微波基板相同层数空白的微波基板相间放置，热压为固态异向介质，构成该微波滤波器的介质材料；除朝向Ω金属结构的微波基板的Ω顶面和底面的固态异向介质两个侧面没有金属膜层外，固态异向介质的另外四个表面均有一层金属膜层。

本发明具有的有益的效果是：在工作频段内，异向介质的介电常数和磁导率同时为负，从而构成了一个通带，可以利用这一特性，构造微波带通滤波器。本发明中异向介质材料采用了固态Ω结构。将异向介质应用于微波滤波器，可以在使用较小的介电常数基板条件下，实现体积小，滤波性能好，有着广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是Ω圆环的直径对谐振频率的影响图；

图3是Ω结构金属的线宽a对谐振频率和带宽的影响图；

图4是刻有Ω金属结构的微波基板相邻两个Ω图形的间距d对滤波器性能的影响；

图5是刻有Ω金属结构的微波基板厚度t变化对滤波器性能的影响；

图6是介质基板的介电常数对滤波器性能的影响；

图7是该滤波器的功率测量曲线。

具体实施方式

如图1所示，本发明是将多层刻有Ω金属结构的微波基板1和与刻有Ω金属结构的微波基板1相同层数空白的微波基板2相间放置，热压为固态异向介质，构成该微波滤波器的介质材料；除朝向Ω金属结构的微波基板1的Ω顶面和底面的固态异向介质两个侧面没有金属膜层外(如图1中热压后的左右两侧面)，固态异向介质的另外四个表面均有一层金属膜层3。图1右面为本发明的剖面图。

本发明采用的刻有Ω金属结构的微波基板1的厚度为1mm，空白的微波基板2的厚度为2mm。刻有Ω金属结构的微波基板1的厚度和空白的微波基板2的厚度可以是不同的厚度或相同的厚度构成。

通过调整Ω结构尺寸参数，可以改变带通滤波器的中心频率和通带带宽。负折射的频点对Ω圆环部分的直径大小很敏感，随尺寸的增加，谐振频率点线性下降，如图2所示。负折射的频点对Ω结构金属的线宽也很敏感，随宽度的增加，谐振频率点线性下降，但通带会加宽，如图3所示。

负折射的频点随着X方向距离的增加变化不明显，但通带会逐渐变小直至消失，如图4所示。负折射的频点随着Y方向距离d的增加而增加，只有在合适距离处带宽和损耗能得到比较理想的值，如图5所示。

负折射的频点随着基板的介电常数的增加而明显下降，通带会变窄，但变化很小。选用FR4介质基板，材料介电常数在10GHz左右4.6，正切角0.0015。选用低介电常数、低损耗基板有利于增强异向特性。如图6所示。

得到有效的异向介质材料，只需在外表面镀以金属膜，以保证Ω结构可以正常工作，根据实际需要，调整Ω结构的尺寸，以保证合适的中心频率和带宽，同时在两端配置相应的接口，该微波带通滤波器即可工作。图7为异向介质构成的微波带通滤波器性能测量结果，清楚地看到在8.5GHz到9.5GHz之间的通带范围，并且与无样品情况相比较可以得出通带内损耗小于5dB。

采用热压技术，将多层刻有Ω金属结构的微波基板，材料为F4或FR4，压制成为固态异向介质，将该异向介质材料外表面镀层金属膜，材料为铜或铝等，两端配置相应接口，如SMA型接口等，通过改变Ω结构参数，调整带通滤波器的性能参数，有效的实现带通滤波功能。