一種基于開路-短路圓柱介質諧振器的左手波導傳輸結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種左手傳輸結構，特別是一種左手波導傳輸結構，屬于微波傳導領域。
【背景技術】
[0002]隨著微波系統的快速發展，人們對波導傳輸結構的損耗和相移性能提出了更高的要求。在經典的波導傳輸結構中，由于波導內的填充的傳輸媒質介電常數和磁導率均不小于I，電磁波在波導中傳輸時，相位總是沿傳輸方向滯后的(即:右手傳輸特性)，隨著微波元器件和系統的迅速發展，對波導相移特性(即:左手傳輸特性)的需求逐漸增加。如何實現波導傳輸媒質的負介電常數和負磁導率，從而實現波導的左手傳輸特性，已成為一個重要課題。為實現媒質的負介電常數和負磁導率，研究人員將大量精力專注于諧振單元的研究，通過在波導內加載諧振單元，在諧振頻率附近頻帶內可實現媒質的負介電常數或負磁導率。
[0003]2000年D.R.Smith等人用金屬條與金屬環結構首次實現在負的介電常數與負磁導率；2009年Zhiyu Wang等人在此基礎上提出了開路-短路金屬條結構，不僅可實現負介電常數，而且結構更為簡潔；但是由于密集的金屬介入，導致基于金屬結構的媒質損耗大，傳輸效率低，難以滿足實際工程上信號傳輸的需要，因此，近年來更多的研究機構將目光集中到全介質諧振結構上。
[0004]用高介電常數、低損耗的介質材料制作的全介質諧振結構可以克服金屬諧振結構損耗大的缺點，2008年A.Ahmadi等人提出了以高介電常數的介質材料制作小球、長圓柱和介質諧振器，分別構成諧振單元，在自由空間傳輸模式下實現了左手特性；Q.Zhao等人研究了長圓柱和方柱的諧振結構，并通過對方柱的加工和測試驗證了該結構的左手傳輸特性；由于上述結構應用于自由空間，且需要支介質維持其空間分布位置，因此無法避免支持介質所引入的附加影響，導制傳輸損耗增加，同時引入支撐介質的結構也增加了制作和裝配的復雜度。
[0005]0.Acher等人將圓柱介質諧振器加載到平板傳輸線的底邊，通過對反射系數進行測試，驗證了該結構具有左手傳輸特性，但并沒有討論在波導傳輸模式下該結構是否有效；2014年Bai Du等人提出了將諧振結構加載在波導中的左手傳輸結構，該結構以介質方柱作為諧振單元，加載在波導寬邊，實現了波導的左手傳輸特性，但是該結構采用的是兩端開路和兩端短路相結合的諧振結構，對于兩端開路結構，要求使用支撐介質將諧振單元固定在波導中間，使其不與金屬波導壁接觸，因此該結構同樣會受到支撐介質的影響，此外，該結構的兩短端路結構要求介質方柱與波導頂端與底端同時緊密結合，細微的尺寸誤差將直接影響介質方柱的介振性能，因此該結構的介質方柱的高度必須與波導高度相同，降低了諧振單元設計的靈活性，并且該結構的裝配難度也較高。
【發明內容】
[0006]針對上述傳輸結構的缺點，本申請提出了一種基于開路-短路圓柱介質諧振器的左手波導傳輸結構，避免使用支撐介質，消除了支撐介質的影響，降低了裝配難度，增加了設計的靈活性。
[0007]本發明采用如下技術方案實現:
[0008]—種左手波導傳輸結構，包括諧振單元，輸入連接裝置，輸出連接裝置和波導。所述的諧振單元包括圓柱介質諧振器，所述的圓柱介質諧振器的底面設有金屬覆蓋層，所述的金屬覆蓋層直接緊貼波導底端。所述的波導為矩形波導。所述輸入輸出連接裝置為法蘭盤結構，其四角各有一個通孔，用于連接和固定。
[0009]本發明采用圓柱介質諧振器，可以獲得比方柱介質諧振器更高的品質因數；并且圓柱介質諧振器采用開路-短路結構，其金屬覆蓋面直接與矩形波導窄邊緊密接觸，構成短路面，既避免了采用支撐介質影響性能又降低了裝配難度；此外圓柱介質諧振器上表面直接與空氣接觸，構成開路面，不需要與波導頂邊接觸，因此不受波導尺寸的嚴格限制，可根據需要選擇圓柱介質諧振器的高度，增加了設計的靈活性。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的一種實施方式示意圖。
[0011]圖2為本發明的一種實施方式的主視圖。
[0012]圖3為圖2的B-B向示意圖。
[0013]圖4為圖2的A-A向示意圖。
[0014]圖5為本發明的一種實施方式的頻率-散射參數圖。
【具體實施方式】
[0015]現結合附圖對本發明作進一步描述:
[0016]本發明所提出的左手傳輸結構由輸入連接裝置1，輸出連接裝置1、波導2和諧振單元組成，如圖1所示。其中，輸入輸出連接裝置為法蘭盤1，其四角各有一個通孔5，用于連接和固定；傳輸結構主體為矩形波導2，采用的是標準WR-62矩形波導，在矩形波導的窄邊底面正中放置了諧振結構；諧振結構由圓柱介質諧振器3和金屬覆蓋層4組成，材料為BaSn03陶瓷，其相對介電常數為24.86，損耗角正切為0.0003，金屬覆蓋層4位于圓柱介質諧振器3的底邊，作為短路面，而圓柱介質諧振器3的頂邊直接與空氣接觸，作為開路面，因此構成了開路-短路圓柱介質諧振結構。該結構的三視圖如圖2所示，其中左視圖為主視圖沿B-B’剖開的剖面圖，俯視圖為主視圖沿A-A’面剖開的剖面圖，由圖2可以看出，諧振結構中金屬覆蓋層緊貼在矩形波導的窄邊上。
[0017]本發明所提出的這種基于開路-短路圓柱介質諧振器的左手波導傳輸結構，其工作原理是:由開路-短路圓柱介質諧振器構成四分之一波長諧振結構，當圓柱介質諧振器的高度為波導內電磁波波長四分之一的整數倍時，圓柱介質諧振器發生諧振，圓柱介質諧振器發生諧振時對應的電磁波頻率稱為諧振結構的固有諧振頻率。圓柱介質諧振器諧振引起波導傳輸方式的變化，從而使波導呈現左手傳輸特性。左手傳輸特性的產生機理是:當電磁波由輸入連接裝置進入波導內部時，在波導內部激勵起其主模，TElO模，該模式的電場方向與波導窄邊平行，橫向磁場方向與波導寬邊平行，當輸入的電磁波頻率與諧振結構固有的諧振頻率接近，且電場和磁場方向分別與諧振結構的固有電、磁場分布方向相同時，在諧振結構中激勵起諧振模式，此時傳統空氣填充波導的右手傳輸模式將被改變，在諧振結構的影響下，波導內填充媒質呈現出等效介電常數小于零或等效磁導率小于零的現象，使導波呈現出左手傳輸特性。
[0018]另外，采用安捷倫矢量網絡分析儀N5247A對上述基于開路-短路圓柱介質諧振器的左手波導傳輸結構進行測試，得到的散射參數(S-parameter)的幅度如圖4所示；由圖4可以看出，在1-1SGHz的測試頻率范圍內，有五個明顯諧振峰出現，即在該頻段內激勵起了諧振結構的五種諧振模式，在這五個諧振頻率附近波導均呈現左手傳輸特性。
【主權項】
1.一種左手波導傳輸結構，包括諧振單元，其特征在于， 所述的諧振單元包括圓柱介質諧振器，所述的圓柱介質諧振器的底面設有金屬覆蓋層，所述的金屬覆蓋層直接緊貼波導底端。2.如權利要求1所述的左手波導傳輸結構，其特征在于:所述波導為矩形波導。3.如權利要求2所述的左手波導傳輸結構，其特征在于，所述圓柱介質諧振器放置在矩形波導窄邊底面的正中間。4.如權利要求1所述的左手波導傳輸結構，其特征在于，還包括傳輸機構，所述傳輸結構包括輸入連接裝置和輸出連接裝置。5.如權利要求4所述的左手波導傳輸結構，其特征在于，所述輸入連接裝置和輸出連接裝置的結構為法蘭盤，法蘭盤四角各有一個通孔。
【專利摘要】本發明公開了一種基于開路-短路圓柱介質諧振器的左手波導傳輸結構，主要包括輸入連接裝置、輸出連接裝置、波導單元以及圓柱介質諧振單元；可以實現波導填充媒質的等效負介電常數和等效負磁導率，從而實現波導的左手傳輸特性，具有諧振模式多、易裝配、傳輸特性穩定、諧振品質因數高的特點，并可根據需要靈活選擇振器的高度，具有尺寸靈活的優點。
【IPC分類】H01P3/16
【公開號】CN105206908
【申請號】CN201510609712
【發明人】吳韻秋, 徐躍杭, 曺鑫, 譚朕, 康凱, 趙晨曦, 劉輝華
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月23日