對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器及方法
2023-05-25 18:34:26
對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器及方法
【專利摘要】本發明公開了一種對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器及方法。GGG基底的兩端分別通過壓電相與另外一個GGG基底的兩端相連，GGG基底上生長有鐵磁相薄膜，採用鍍膜技術在鐵磁相薄膜的上表面中間作出金屬微帶線，兩個GGG基底平行相對布置；壓電相的上下兩個表面分別鍍有金屬薄膜；二條金屬微帶線具有四個埠，其中一側的一個埠為輸入埠，另外一側的二個埠為輸出埠。本發明不僅克服了傳統濾波器在工作頻段上的不可調性以及傳統磁可調微波器件損耗大，響應時間長等缺點，並且在此基礎上通過使用多埠加入了帶通和帶阻的功能可選擇性，克服了器件使用中帶阻和帶通性能單一的特點，可更廣泛和靈活地應用到無線通信中。
【專利說明】對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有兩種獨立性能的小型化磁電可調微波濾波器，特別涉及了一種對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器及方法。
[0002]【背景技術】
隨著無線通信行業的迅猛發展與進步，業界對微波濾波器的小型化和多功能化有了更高的要求。
[0003]近年來，引入壓電材料，結合鐵氧體材料進行濾波器的設計，不僅可以實現器件的小型化，還可以通過調節外加磁場和電場改變器件工作頻段從而實現器件的多功能化，因而成為新型器件設計的熱點。利用鐵氧體介質相對高的介電常數可以有效地減小微波濾波器的尺寸；利用鐵氧體介質在外加偏置磁場的條件下，會發生鐵磁共振效應，對傳輸線中能量的變化產生影響，從而影響濾波器原有性能的特點可以有效地提高器件的靈活性；同時，由於壓電材料在電場作用下會產生形變從而牽動相連的鐵磁相薄膜形變，即將其所產生的影響等效為對鐵磁相薄膜施加一個磁場，那麼改變外加電場的強度即可實現濾波器工作頻段的漂移。但現有濾波器，濾波性能普遍單一，即當器件成型，其濾波性能也就固定了，沒有辦法更為靈活地應用在實際中。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是克服傳統微波濾波器濾波性能單一，提供對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器及方法。
[0005]對稱型功能可選性空間平行耦合磁電可調微波濾波器，它包括二個壓電相，二個鐵磁相薄膜，二個GGG基底以及二條金屬微帶線；
GGG基底的兩端分別通過壓電相與另外一個GGG基底的兩端相連，所述的GGG基底上生長有鐵磁相薄膜，採用鍍膜技術在鐵磁相薄膜的上表面中間作出金屬微帶線，所述的兩個GGG基底平行相對布置；所述的壓電相的上下兩個表面分別鍍有金屬薄膜；所述的二條金屬微帶線具有四個埠，其中一側的一個埠為輸入埠，另外一側的二個埠為輸出埠。
[0006]所述的壓電相，通過環氧樹脂膠與鐵磁相薄膜粘合。
[0007]所述的金屬薄膜為銀膜，壓電相採用PZT材料，鐵磁相薄膜採用YIG薄膜材料。
[0008]當選擇在同一條金屬微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，所述的磁電可調微波濾波器具有帶阻性能；當選擇不在同一條金屬微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，所述的磁電可調微波濾波器具有帶通性能。
[0009]一種所述的微波濾波器的功能選擇和磁電調節方法，向所述的磁電可調微波濾波器施加外部偏置磁場時，鐵磁相薄膜會發生鐵磁共振效應，當選擇在同一條微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，鐵磁相薄膜從埠所在的金屬微帶線中吸收能量，頻段能量被吸收因而器件具有帶阻性能，而當選擇在不同微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，鐵磁相薄膜從輸入端所在的金屬微帶線上吸收頻段的能量，能量通過鐵磁相薄膜和壓電相與輸出端所在的金屬微帶線耦合併輸出此頻段信號，故而濾波器具有帶通性能；通過調節偏置磁場的強度，從而實現對不同的工作頻率範圍或者頻點G赫茲數量級的粗調；在壓電相兩個表面的金屬薄膜上施加外部電壓，通過兩個金屬薄膜之間的電容效應，產生均勻的電場，通過所述電場，導致壓電相產生形變從而牽動鐵磁相薄膜形變，即將產生的影響等效為對鐵磁相薄膜施加一個磁場，那麼改變外加電場的強度即可實現濾波器工作頻率在兆赫茲數量級的精確調節；通過改變電壓的正負方向，實現所述濾波器工作頻率的左右偏移。
[0010]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
首先本發明採用了壓電相PZT和鐵磁相薄膜YIG，存在高介電常數和高磁導率的優點，並且本發明採用了鐵磁相薄膜YIG所生長的GGG基底作為濾波器的基底，簡化了結構，有益於實現濾波器的小型化。本發明選取不同的埠可使濾波器產生帶阻和帶通不同的濾波性能，並且通過調節施加的偏置磁場的強度，實現對微波濾波器工作頻率的粗調。通過改變施加在壓電相上下兩個表面金屬薄膜上的外部電壓可以實現工作頻率的精確調節。選擇不同埠所產生的濾波性能之間，以及磁場調節和電場調節之間工作獨立，不會相互幹擾。本發明不僅克服了傳統微波器件工作頻段不可調或可調工作頻帶單一的缺點，傳統磁可調微波器件工作時損耗大，響應時間長等缺點，以及傳統磁電可調濾波器性能單一等缺點，在實現磁電場可調諧工作頻段的基礎上，將帶阻和帶通兩種性能的濾波器合為一體，提高了器件的靈活性以及多功能可用性，更適合無線通信中有關頻段可調方面的應用，具有很大的創新性，在我國的移動以及衛星通信等領域有很大的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0012]圖1是對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器結構示意圖；
圖2是對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器剖視圖；
圖3是對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器帶阻性能下的磁場可調性能圖；
圖4是對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器帶阻性能下的電場可調性能圖；
圖5是對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器帶通性能下的磁場可調性能圖；
圖6是對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器帶通性能下的電場可調性能圖；
圖中，金屬薄膜I，壓電相2，鐵磁相薄膜3，GGG基底4，金屬微帶線5。
【具體實施方式】
[0013]如圖1、2所示，一種對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器，它包括2個壓電相2，2個鐵磁相薄膜3，GGG基底4以及金屬微帶線5 ； GGG基底4的兩端分別通過壓電相2與另外一個GGG基底4的兩端相連，所述的GGG基底4上生長有鐵磁相薄膜3，採用鍍膜技術在鐵磁相薄膜3的上表面中間作出金屬微帶線5，所述的兩個GGG基底4平行相對布置；所述的壓電相2的上下兩個表面分別鍍有金屬薄膜I ;所述的2條金屬微帶線5具有4個埠，其中一側的一個埠為輸入埠，另外一側的2個埠為輸出埠。整個結構以基底長度方向的中心線相互對稱。
[0014]所述的壓電相2，通過環氧樹脂膠與鐵磁相薄膜3粘合。
[0015]所述的金屬薄膜I為銀膜，壓電相2採用PZT材料，鐵磁相薄膜3採用YIG薄膜材料。
[0016]當選擇在同一條金屬微帶線5上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，所述的磁電可調微波濾波器具有帶阻性能；當選擇不在同一條金屬微帶線5上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，所述的磁電可調微波濾波器具有帶通性能。
[0017]一種對稱型功能可選性空間平行耦合磁電可調微波濾波器的功能選擇和磁電調節方法，向所述的磁電可調微波濾波器施加外部偏置磁場時，鐵磁相薄膜3會發生鐵磁共振效應，當選擇在同一條微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，鐵磁相薄膜3從埠所在的金屬微帶線5中吸收能量，某一頻段能量被吸收因而器件具有帶阻性能，而當選擇在不同微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，鐵磁相薄膜3從輸入端所在的金屬微帶線5上吸收某一頻段的能量，能量通過鐵磁相薄膜3和壓電相2與輸出端所在的金屬微帶線5耦合併輸出此頻段信號，故而濾波器具有帶通性能；通過調節偏置磁場的強度，從而實現對不同的工作頻率範圍或者頻點G赫茲數量級的粗調；在壓電相2兩個表面的金屬薄膜I上施加外部電壓，通過兩個金屬薄膜I之間的電容效應，產生均勻的電場，通過所述電場，導致壓電相2產生形變從而牽動鐵磁相薄膜3形變，即將產生的影響等效為對鐵磁相薄膜3施加一個磁場，那麼改變外加電場的強度即可實現濾波器工作頻率在兆赫茲數量級的精確調節；通過改變電壓的正負方向，可以實現所述濾波器工作頻率的左右偏移。
實施例
[0018]對稱型功能可選性空間平行耦合磁電可調微波濾波器如圖1、2所示，採用的GGG基底的尺寸為3mm X 6mm X 0.4mm,其表面生長的YIG層的尺寸為2.5mm X 6mm X 0.1mm。壓電相和鐵磁相薄膜分別選擇PZT和HG兩種材料，PZT的尺寸為0.5275mmX3mmX0.1mm，兩層之間通過環氧樹脂粘合。同時，在PZT層的上下兩個表面分別鍍上一層銀薄膜，銀薄膜的尺寸為:0.5275mmX 3mmX 0.05mm。在GGG上的HG薄膜上表面的中間，通過採用鍍膜技術在作出金屬微帶線用做信號的傳輸線。
[0019]對稱型功能可選性空間平行耦合磁電可調微波濾波器工作時，如圖1所示的實例，微波信號從埠 I輸入。當選取與埠 I在同條微帶線上的埠 2作為輸出端，本發明所述的濾波器在磁場下的可調諧性如圖3所示:濾波器呈現_5dB帶寬約為130MHz的帶阻性能，其插入損耗最大均可達到-18dB左右；通過分別施加三個不同強度的磁場H=15000e、H=16000e、H=17000e，阻帶性能曲線產生了漂移，每IOOOe外加磁場的改變導致工作頻段漂移近77MHC92MHz，實現了對濾波器帶阻工作頻段的粗調。由於施加電場對濾波器進行電調所產生的影響可以等效為對其施加了磁場的效果，因此其性能隨電場強度增減時的偏移趨勢應與磁可調時大致相同，在電場下的可調諧性示意圖如圖4所示:保持16500e大小不變的情況下，改變外加電場的強度和方向，濾波器呈現_5dB帶寬約為135MHz帶阻性能，且其插入損耗最大亦可達到_17dB左右；通過改變外加電場的強度和方向，濾波器的帶阻工作頻段在施加16500e磁場時對應的頻段附近產生了漂移，每5kV/cm電場的改變使工作頻段漂移約45MHf50MHz，實現了對濾波器帶阻工作頻段的精調。當選取與埠 I在不同微帶線上的埠 3作為輸出端，隨著外加磁場的變化，濾波器的工作性能及變化如圖5所示:信號從埠 3輸出，濾波器呈現_5dB帶寬約為525MHz?625MHz左右的帶通性能；當施加三個不同強度的磁場H=IOOOOe、H=11000e、H=12000e，性能曲線會隨磁場變化產生漂移，每IOOOe外加磁場的改變導致工作頻段移動約225MHz?250MHz，實現了通帶工作頻段的粗調；在電場調節下，如圖6所示:保持外加磁場11500e大小不變，濾波器呈現_5dB帶寬約為555MHz飛OOMHz左右的帶通性能；外加電場的強度和方向改變，濾波器的帶阻工作頻段在施加11500e磁場時對應的頻段附近產生了漂移，每5kV/cm電場的改變調節工作頻段偏移約123MHz，實現了對濾波器帶通工作頻段的精調。
【權利要求】
1.一種對稱型功能可選空間平行耦合磁電可調微波濾波器，其特徵在於，它包括二個壓電相，二個鐵磁相薄膜，二個GGG基底以及二條金屬微帶線； GGG基底的兩端分別通過壓電相與另外一個GGG基底的兩端相連，所述的GGG基底上生長有鐵磁相薄膜，採用鍍膜技術在鐵磁膜薄膜的上表面中間作出金屬微帶線，所述的兩個GGG基底平行相對布置；所述的壓電相的上下兩個表面分別鍍有金屬薄膜；所述的二條金屬微帶線具有四個埠，其中一側的一個埠為輸入埠，另外一側的二個埠為輸出埠。
2.根據權利要求1所述的微波濾波器，其特徵在於，所述的壓電相，通過環氧樹脂膠與鐵磁相薄膜粘合。
3.根據權利要求1所述的微波濾波器，其特徵在於，所述的金屬薄膜為銀膜，壓電相採用PZT材料，鐵磁相薄膜採用YIG薄膜材料。
4.根據權利要求1所述的微波濾波器，其特徵在於，當選擇在同一條金屬微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，所述的磁電可調微波濾波器具有帶阻性能；當選擇不在同一條金屬微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，所述的磁電可調微波濾波器具有帶通性能。
5.一種根據權利要求1所述的微波濾波器的功能選擇和磁電調節方法，其特徵在於，向所述的磁電可調微波濾波器施加外部偏置磁場時，鐵磁相薄膜會發生鐵磁共振效應，當選擇在同一條微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，鐵磁相薄膜從埠所在的金屬微帶線中吸收能量，鐵磁共振頻段能量被吸收因而器件具有帶阻性能，而當選擇在不同微帶線上的兩個埠分別作為輸入、輸出端時，鐵磁相薄膜從輸入端所在的金屬微帶線上吸收鐵磁共振頻段的能量，能量通過鐵磁相薄膜和壓電相輸出端所在的金屬微帶線耦合併輸出此頻段信號，故而濾波器具有帶通性能；通過調節偏置磁場的強度，從而實現對不同的工作頻率範圍或者頻點G赫茲數量級的粗調；在壓電相兩個表面的金屬薄膜上施加外部電壓，通過兩個金屬薄膜之間的電容效應，產生均勻的電場，通過所述電場，導致壓電相產生形變從而牽動鐵磁相薄膜形變，即將產生的影響等效為對鐵磁相薄膜施加一個磁場，那麼改變外加電場的強度即可實現濾波器工作頻率在兆赫茲數量級的精確調節；通過改變電壓的正負方向，實現所述濾波器工作頻率的左右偏移。
【文檔編號】H01P1/215GK103715486SQ201410004492
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月6日 優先權日:2014年1月6日
【發明者】周浩淼, 廉靖 申請人:中國計量學院