CN108847517A - 一种可调频率的共面波导串联电容谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，所述谐振器包括第一层介质材料A、第二层介质材料B以及第三层介质材料C，在所述第一层介质材料A上设置有第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5，所述第二层介质材料B为可调介电常数的介质材料，接地板金属层C1印制于所述第三层介质材料C上，谐振器的输入端在所述第一层介质材料A的左侧，谐振器的输出端在所述第一层介质材料A的右侧。本发明通过改变介质材料B的介电常数，使得第一层介质材料A与第二层介质材料B之间的边界条件发生改变，从而改变谐振器的谐振频点，实现一种可调频率的共面波导串联电容谐振器。

Description

一种可调频率的共面波导串联电容谐振器
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域，具体的说是涉及一种可调频率谐振器，尤其是一种可调频率的共面波导(CPW)串联电容谐振器。
背景技术
随着无线通信事业的迅猛发展，频率资源日趋紧张，为了提高频谱资源的利用率，扩频、跳频、动态频率分配等频谱技术得到了广泛应用，作为射频前端的关键部件，双频、多频带通滤波器因其结构紧凑、便于***集成、能降低功耗等优点，已逐步成为研究的热点，作为微波接收机和电子对抗***的关键器件之一，可调微带滤波器也日益受到重视，近年来在实现对滤波器的频率调制正逐渐转变成一个研究热点话题，美国就此可调射频/微波/可重构滤波器列为自适应射频技术项目(ART)，作为四大战略投资重点领域之一，其重要程度可见一斑。
在微波无源器件的设计中，谐振器是许多微波元件中的基本设计元素，具有储能和选频的特性，基于这种特性，可以将其应用拓展到滤波器、振荡器等微波器件的设计中，因此，可调频率谐振器，也会在一定程度上影响微波集成电路的发展。
1982由LC.Hunter首先提出了可调可重构谐振器的概念，起初设计的可调谐振器是一种梳状线结构，将变容管加载至梳状线谐振器的末端，改变其容值来改变梳状线的等效长度从而改变谐振器通带中心频率，后来很多国外学者在该基础上做了很多结构上的改进，设计出许多新型的可调谐振器，比如工作于双频带或者多频带的可调谐振器，以及基于双模谐振结构的可调谐振器等。如今可调谐可重构的实现形式不再局限于变容管和PIN管这类的电子器件，国外一些学者率先做出了改进和创新，通过如YIG 和RF MEMS的方式实现了滤波器的可调谐。
发明内容
本发明针对谐振器频率不能调节的缺陷，提供了一种可调频率的共面波导（CPW）串联电容谐振器，其结构简单，易于加工，通过调节中间层介质材料如液晶材料的介电常数，实现谐振器的频率可调。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，所述谐振器包括第一层介质材料A、第二层介质材料B以及第三层介质材料C，在所述第一层介质材料A上设置有第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5，所述第二层介质材料B为可调介电常数的介质材料，接地板金属层C1印制于所述第三层介质材料C上，谐振器的输入端在所述第一层介质材料A的左侧，谐振器的输出端在所述第一层介质材料A的右侧，本发明通过改变介质材料B的介电常数，使得第一层介质材料A与第二层介质材料B之间的边界条件发生改变，从而改变谐振器的谐振频点，实现一种可调频率的共面波导串联电容谐振器
本发明的进一步改进在于：可调介电常数的介质材料为液晶、聚合物分散液晶。
本发明的进一步改进在于：所述可调介电常数的介质材料为液态或者是固态呈薄膜状态。
本发明的进一步改进在于：所述可调介电常数的介质材料的厚度为10微米-1毫米。
本发明的进一步改进在于：所述谐振器还还包括取向层。
本发明的进一步改进在于：所述取向层位于第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4、第五金属层A5和所述第二层介质材料B之间，或所述取向层位于接地板金属层C1和第二层介质材料B之间，或所述取向层位于所述第二层介质材料B的上方和下方。
本发明的进一步改进在于：所述第一层介质材料A和所述第三层介质材料C为硬质基板或柔性基板。
本发明的进一步改进在于：第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5至于所述第一层介质材料A的背面或正面。
本发明的进一步改进在于：所述接地板金属层C1印制于所述第三层介质材料C的上方或下方。
本发明的进一步改进在于：可调介电常数的介质材料的介电常数由电场、磁场、光场及温度等外场进行调控。
本发明的有益效果是：（1）该谐振器可通过调节中间层可调介电常数的介质材料，如液晶材料的介电常数，从而改变谐振器的谐振频点；（2）可调介电常数的介质材料如液晶材料的介电常数，可以由电场、磁场、光场或温度进行调节，并且精确控制，具有广泛的适用性；（3）不需要采用过孔将中心导体与金属地相连，结构简单，便于加工与测试。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明的左视图。
图4是发明第一层介质材料A结构示意图。
图5是本发明第二层介质材料B结构示意图。
图6是本发明第三层介质材料的结构示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步相信描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图1-6所示，本发明是一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，具体的说是一种利用可变介电常数的介质材料构成的可调频率的共面波导串联电容谐振器，该谐振器共分为三层，为方便表示，将紧凑的三部分拆开示意，如图1所示，所述谐振器包括第一层介质材料A、第二层介质材料B以及第三层介质材料C，在所述第一层介质材料A上设置有第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5，所述第二层介质材料B为可调介电常数的介质材料，接地板金属层C1印制于所述第三层介质材料C上，谐振器的输入端在所述第一层介质材料A的左侧，谐振器的输出端在所述第一层介质材料A的右侧，本发明通过改变介质材料B的介电常数，使得第一层介质材料A与第二层介质材料B之间的边界条件发生改变，从而改变谐振器的谐振频点，实现一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，如图2所示，一般情况下，第一层介质材料A较宽，两边引伸出CPW电极方便馈电，如图3所示，一般情况下，第三层介质材料C较宽，两端引伸出金属地电极方便连接，所述第一层介质材料A和所述第三层介质材料C为硬质基板如Roger4003，也可以由柔性介质材料构成的柔性基板构成，如polyimide，第一层介质材料A上的第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5均由导电性能良好的导体材料构成，如铜、银等，第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5形成一个共面波导，第二金属形成的中间导体、第三金属层形成的中间导体以及第四金属层进行的中间导体构成两个背对背的C形槽线，槽线呈中心对称图形，可以等效成两个电容串联，构成枝节加载型谐振器，第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5至于所述第一层介质材料A的背面或正面，也就是说第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5的位置取决于第一层介质材料A的厚度，一般情况下，第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5置于第一层介质材料A的背面，也就是第一层介质材料A与第二层介质材料B的交界处，该谐振器能够实现频率可调的功能，但如果第一层介质材料A的厚度很薄，第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5也可以位于第一层介质材料A的正面，所述接地板金属层C1印制于所述第三层介质材料C的上方或下方，由导电性能良好的导体材料实现，如铜、银构成金属地。
如图5所述，第二层介质材料由可调节点常数的介质材料构成，所述可调介电常数的介质材料为液晶、聚合物分散液晶，所述可调介电常数的介质材料的厚度为10微米-1毫米，所述可调介电常数的介质材料为液态或者是固态呈薄膜状态的液晶材料，可调介电常数的介质材料的介电常数由电场、磁场、光场及温度等外场进行调控，也就是说可调介电常数的介质材料的介电常数可以由电场调控，具体操作方式是在第一层介质材料A上的金属层与第三层介质材料C上的金属层，分别加电压进行调控；也可由光场进行调控，具体操作方式是第三层介质材料采用透明材料，如聚氯乙烯，并取消第三层介质材料C上的金属层C1，通过不同强度的光源透过第三层介质材料进行调控；此外，还可以采用温度进行调控，具体操作方式是在第三层介质材料下方加一个金属线圈，通过改变金属线圈中的电流，从而改变线圈上的温度，给谐振器传递可控的温度进行调控。
所述谐振器还还包括取向层，所述取向层位于第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4、第五金属层A5和所述第二层介质材料B之间，或所述取向层位于接地板金属层C1和第二层介质材料B之间，或所述取向层位于所述第二层介质材料B的上方和下方，取向层未在图中显示，所述取向层为聚合物材料，例如聚酰亚胺、光取向剂SD1或者介质材料二氧化硅等。

Claims (10)

1.一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：所述谐振器包括第一层介质材料A、第二层介质材料B以及第三层介质材料C，在所述第一层介质材料A上设置有第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5，所述第二层介质材料B为可调介电常数的介质材料，接地板金属层C1印制于所述第三层介质材料C上，谐振器的输入端在所述第一层介质材料A的左侧，谐振器的输出端在所述第一层介质材料A的右侧。
2.根据权利要求1所述一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：所述可调介电常数的介质材料为液晶、聚合物分散液晶。
3.根据权利要求1所述一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：所述可调介电常数的介质材料为液态或者是固态呈薄膜状态的液晶。
4.根据权利要求1所述一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：所述可调介电常数的介质材料的厚度为10微米-1毫米。
5.根据权利要求1所述一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：所述谐振器还还包括取向层。
6.根据权利要求5所述一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：所述取向层位于第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4、第五金属层A5和所述第二层介质材料B之间，或所述取向层位于接地板金属层C1和第二层介质材料B之间，或所述取向层位于所述第二层介质材料B的上方和下方。
7.根据权利要求1所述一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：所述第一层介质材料A和所述第三层介质材料C为硬质基板或柔性基板。
8.根据权利要求1所述一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：第一金属层A1、第二金属层A2、第三金属层A3、第四金属层A4以及第五金属层A5至于所述第一层介质材料A的背面或正面。
9.根据权利要求1所述一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：所述接地板金属层C1印制于所述第三层介质材料C的上方或下方。
10.根据权利要求1所述一种可调频率的共面波导串联电容谐振器，其特征在于：可调介电常数的介质材料的介电常数由电场、磁场、光场及温度进行调控。
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Assignee: NANJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS INSTITUTE AT NANTONG Co.,Ltd.

Assignor: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS

Contract record no.: X2020980006914

Denomination of invention: A coplanar waveguide series capacitor resonator with adjustable frequency

Granted publication date: 20200728

License type: Common License

Record date: 20201021