[发明专利]填充金属蘑菇超构材料的矩形波导谐振腔

说明书

本发明公开了一种填充金属蘑菇超构材料的矩形波导谐振腔，与传统矩形谐振腔相比，本谐振腔具有更小的电尺寸。本发明矩形波导谐振腔不涉及到填充介质材料，因此不存在介质损耗，因此与填充介质材料的矩形波导谐振腔相比，具有很高的Q值。应用此金属蘑菇超构材料，本发明谐振腔的尺寸均远小于波长，此外，发明基于一端口S参数法对谐振腔的Q值评估结果，发现与传统填充常见Rogers系列介质材料的矩形波导谐振腔相比，新型谐振腔的Q值提高了109％。本发明公开的填充金属蘑菇超构材料的矩形波导谐振腔结构简单，实现容易，小型化效果明显，同时还具有很高的Q值和很低的经济成本，能够很好地满足当前工程应用需要。

技术领域

本发明涉及信息技术领域，提出并公开了一种填充金属蘑菇超构材料的矩形波导谐振腔，它是一种微波频段的小型化高Q值矩形波导谐振腔，该谐振腔可用于移动通信和小型化雷达射频前端。

背景技术

随着现代移动通信和小型化雷达技术的发展，相应的射频前端设备尺寸也正逐步减小。在众多的射频和微波设备中，微波谐振腔是其中非常重要的一种器件。除了要求较小的尺寸而外，微波谐振腔还需要有较低的损耗，这就特别需要一种既小型化又同时具有高Q值的微波谐振腔。一般而言，分立元件构成的电路在微波频段很难实现较高的Q值，因此微波频段往往采用波导谐振腔。波导谐振腔腔体外壁通常由金属构成，内部则填充各种电介质。根据腔体外形形状的不同，可以将波导谐振腔分为矩形波导谐振腔、圆柱形波导谐振腔以及三角形谐振腔等。在波导谐振腔内部，电磁波以驻波形式存在，电能和磁能储存在腔的内部，功率则消耗在腔体的金属壁上以及填充腔体的有耗电介质中。

为了提高谐振腔的Q值，传统的波导谐振腔，例如矩形谐振腔中间往往填充空气，但是这又带来了体积过大，难以集成的问题。另一方面，为了减小腔体尺寸，可以在腔体中填充具有高介电常数的介质，由此可以降低谐振腔的谐振频率，但是另一方面，填充介质也带来了额外的介质损耗。这种介质损耗往往远远大于导体损耗，因而导致谐振腔的总体Q值大大降低，不利用通信和雷达的低损耗应用。因此，在实际工程中，如何同时实现小型化和高Q值就构成波导谐振腔的一个设计难题，迫切需要一种既能在尺寸上实现小型化，又能保持较高的Q值的波导谐振腔。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出并公开了一种填充金属蘑菇超构材料的矩形波导谐振腔，通过在波导中填充一种金属蘑菇超构材料，来降低谐振腔的谐振频率。腔体内部背景介质为空气，因此不存在介质损耗，只有金属蘑菇超构材料带来的金属损耗，因此其总损耗将大大低于填充有耗高介电常数介质的腔体总损耗。另一方面，填充金属蘑菇超构材料后，腔体的谐振频率会大大降低，因此客观上实现了谐振腔电尺寸的小型化。本发明提出波导谐振腔结构简单，小型化效果明显，同时还具有很高的Q值和很低的经济成本，能够满足当前工程应用需要。

为达到上述目的，本发明构思如下：

在传统矩形波导谐振腔的腔体内部，设计并嵌入一种金属蘑菇超构材料1。

金属蘑菇超构材料1由若干个单元构成。每个金属蘑菇单元结构包括一片矩形金属蘑菇贴片2以及一根细金属柱3，该金属柱3位于矩形金属蘑菇贴片2的中央，并且将矩形金属蘑菇贴片2与腔体下表面连接起来，因此整体结构类似蘑菇形状。

根据上述构思，本发明采用如下的技术方案：

一种填充金属蘑菇超构材料的矩形谐振腔，包括矩形波导谐振腔，所述矩形波导谐振腔中填充一种金属蘑菇超构材料：在矩形波导谐振腔腔体内部选择一个与上下金属表面平行的中间平面，在间该中平面内填充一种金属蘑菇超构材料，该金属蘑菇超构材料由若干矩形金属蘑菇贴片构成，每片矩形金属蘑菇贴片各不相连，且矩形金属蘑菇贴片(2)各自通过位于中央的金属柱与腔体下表面实现金属互连，构成整体结构为蘑菇形状。

优选地，所述矩形波导谐振腔的腔体内部背景介质为空气。