[发明专利]超材料开腔谐振器

说明书

技术领域

本发明涉及一种开腔谐振器，可工作于低频、射频、微波和光频段。

背景技术

谐振器是一种产生电磁振荡的装置，广泛用于各种电子产品以及传感器中。随着信息技术的不断发展进步，电子系统对各类谐振器的要求也越来越高，其中Q值和灵敏度是两个重要参数。例如，专利号为99104939.X的中国专利公开了一种“介质谐振器装置”，由介质板、电极、信号输入单元、信号输出装置构成。这种谐振结构允许谐振器单元以基本谐振模式的更高模式谐振，由此导致形成电阻挡层，而无磁分布的信号之间的损耗，从而使Q值增加。专利号为99104939.X的中国专利公开了“一种监测化学反应动态过程的微波波谱法”，其中传感器的主要元件为封闭的圆柱形金属谐振腔，在微波扫频信号源激励下，能够形成共振峰，并且腔体中心场强最强，放入样品后能够通过检测共振峰中心频率和幅度的变化来反演样品的介电特性。然而，到目前为止尚未见到有关超材料开腔谐振器的专利报道。

 

发明内容

本发明提供一种超材料开腔谐振器，它由负超材料块、正材料块和激励源组成，如图1所示。负材料块沿对角线放置，激励源位于负材料块之间。图2A 为负材料块对应的LC网络单元，由串联电容和接地电感构成。图2B为正材料块对应的LC网络单元，由串联电感和接地电容构成。正、负材料块等效介电常数和等效磁导率满足的关系为：

,                                                               (1)

,                                                        (2)

并且，

,                                                                          (3) 其中，下标“r”和 “l”分别对应正、负材料块的参数，为LC网络单元尺寸，其取值为等效波长的1/10，为激励源角频率。

 

图3 为根据本发明实施的LC网络开腔谐振器示意图，整个结构由26x26个单元构成，图中，黑色圆点区域为负超材料块，白色圆点区域为正材料块，外围方块表示配阻抗层，构成吸收边界，模拟了一个无限大的传输区域。正材料块电感和电容值为,，单元尺寸为，激励源频率为，由此可计算得到等效波长为，匹配负载为R=18欧姆。根据式(1)-(3)求得负材料块单元的电感、电容分别为，。

图4为根据本发明实施的LC网络开腔谐振器。在图中标识点“激励点”上施加扰动，即可形成正反馈，产生振荡。图5所示为用矢量网络分析仪HP E8362B测量得到的等效节点电压分布图。由图可见，最大电压集中在负超材料块交点处。超材料开腔谐振器具有高Q值特性，通过调整负材料块的工作频率，谐振器可工作在不同的频段。

附图说明

图1示出开腔谐振器结构示意图。

图2A示出正材料层LC网络单元。

图2B示出负材料层LC网络单元。

图3示出根据本发明实施的LC网络开腔谐振器示意图。

图4示出根据本发明实施的LC网络开腔谐振器。

图5示出LC网络开腔谐振器节点电压分布图。