同轴波导二维电磁带隙结构制造技术

本发明专利技术公开了一种同轴波导二维电磁带隙结构，包括内导体、填充物、外导体和设置于内导体与外导体之间、具有角向和轴向的二维周期性的第一及第二不均匀结构。与现有技术相比，本发明专利技术的电磁带隙结构采用同轴波导，具有功率容量大、损耗小、散热能力强及易与微波技术领域常用的信号传输系统集成的优势，同时为获得带隙特性而引入的不均匀结构，其实现方式更有利于高频应用时的加工制作。此外，其带隙特性可通过转动的方式改变第一及第二不均匀结构相对的角向位置加以调节，从而使带隙具有可控性。本发明专利技术可以作为微波通信、卫星通信、遥感遥测、雷达、导航、电子对抗等高功率微波应用领域中抑制干扰或噪声的谐波抑制器或可调Q值的带阻滤波器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波
，更具体地涉及一种同轴波导二维电磁带隙结构。
技术介绍
电磁带隙(Electromagnetic band gap，EBG)结构是一种人造的周期结构，通常由介电常数呈周期性分布的介质结构或按周期性排列的介质、金属或其混合体单元构成。电磁带隙结构最为显著的特征是对特定频率范围的电磁波呈现带阻特性，使得频率落入带隙内的电磁波的传播受到很强地抑制。利用这一特性，电磁带隙结构已被广泛地应用于微波
，其应用涉及滤波器、功分器、谐振器、混频器、功率放大器、谐波抑制器、微波天线等器件。传统的电磁带隙结构是由全介质材料构成。和介质材料相比，金属材料可以很好的约束电磁波，同时金属材料更有利于导热和加电，因此由金属或金属介质混合体构成的电磁带隙结构在微波
的应用前景更为广泛。目前，金属电磁带隙结构种类较多，但其构成方式大多基于微带线，通常是在微带线的金属导带、金属接地板和介质基板上制作出周期性的结构来实现。例如，美国UCLA的D.Sievenpiper提出一种蘑菇状EBG结构，该结构制作在普通的微波介质基片上，介质板一侧腐蚀有周期排列的金属贴片，这些金属贴片通过金属化过孔与介质另一侧的地板相连。该结构通过相邻金属贴片单元之间的缝隙形成电容C，金属化过孔连接的回路形成电感L，进而形成并联的LC谐振电路来获得频率阻带；中国专利CN104681949A采用这种蘑菇状EBG结构制作双陷波UWB天线，该天线利用EBG结构的带隙特性有效地滤除了WIMAX和WLAN两个频段的信号，实现了全频段良好的全向辐射特性和稳定的增益效果；T.Itoh提出的一种缺陷地板(Defected Ground Structure:DGS)EBG结构，该结构通过在微带线的接地板中腐蚀出一维或二维周期性的矩形槽来实现频率带隙特性。中国专利CN101931114A利用具有T型的缺陷地板结构的微带线制作了级联型滤波器，该滤波器利用微带线的缺陷地板形成的EBG结构对特定频段内的二次谐波和三次谐波进行了有效地抑制，无需加入额外的谐波抑制组件，从而该滤波器保持了较小的体积。目前，高性能的卫星通讯、干扰与抗干扰、远程通信、军事雷达以及高功率微波(HPM)等
的迅猛发展对电子系统的功率传输容量、峰值功率等方面的技术指标提出更高的要求。在整个系统中，用以改变或控制信号载波特性的天馈系统的功率容量是系统最终功率容量的限定因素，因此中大功率容量天馈系统的实现对于上述
具有重要的意义。然而，微波
常用的微带传输线由于存在功率容量小、损耗大以及信号泄漏等固有缺陷，难于满足天馈系统在传输损耗、功率容量等方面的需求，从而极大地限制了基于微带线的EBG结构在天馈系统的滤波器、定向耦合器、功分器以及天线等器件中应用。针对中大功率系统设计的迫切需求，基于金属波导EBG结构以其特有的低损耗、良好的散热性能、大功率容量等电磁特性和物理结构受到了越来越广泛的关注。目前，已有应用金属波导EBG结构实现的天馈系统滤波器、口径天线以及极化器等器件的成功案例。例如，Goussetis等人提出在金属波导腔体沿传播进行纵向的EBG膜片加载，可用于实现低通滤波器(LPF)；而进行横向的EBG膜片加载，则可形成谐振腔用于实现多工器，该方法具有改善带宽及分支隔离度的优势；Park等人利用周期金属柱结构代替难于制作的伦伯(Luneberg)透镜来引导表面波，制成非对称平行板波导伦伯透镜，用于实现宽角度扫描或多波束天线系统。但，需要指出的是，现有的金属波导EBG结构大多采用方(矩形)波导或圆波导通过周期性加载一维或二维的金属膜片、柱体或孔洞来获得带隙特性。采用这些EBG结构实现的各种器件与常用的基于同轴波导的传输系统之间需要通过特殊的转换器相互连接，而且当结构工作频率很高时(如工作于太赫兹频段时)，为了获得带隙特性而加载的膜片其尺寸将变得极为细小导致加工制作的困难。另外，现有波导EBG结构在结构参数确定的条件下其带隙特性往往是固化的，难于进行调节，从而限制了其在诸如滤波器等领域的应用。
技术实现思路
针对现有金属波导EBG结构所存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种同轴波导二维电磁带隙结构，该结构具有功率容量大、损耗小、散热性好以及便于系统集成等优势，可用于实现微波毫米波亚毫米通信以及雷达系统中抑制杂波干扰所需的高Q值可调滤波器。为实现上述目的，本专利技术提供了一种同轴波导二维电磁带隙结构，包括金属柱状内导体、填充物和金属空心管状外导体，填充物套装于内导体，外导体套装于填充物，内导体及外导体的中心轴线位于同一直线上。其中，该同轴波导电磁带隙结构还包括设置于内导体与外导体之间的第一不均匀结构及第二不均匀结构，第一不均匀结构及第二不均匀结构均具有角向和轴向的二维周期性。与现有技术相比，本专利技术以同轴波导为基础，在同轴波导电磁带隙结构的内导体与外导体之间同时引入第一不均匀结构及第二不均匀结构，且第一不均匀结构及第二不均匀结构均具有角向和轴向的二维周期性。鉴于此结构，本专利技术具有以下优点：(1)与基于微带线的电磁带隙结构相比，本专利技术的电磁带隙结构基于金属波导，因此具备更高的功率容量、更低的损耗以及更好的散热能力，能够适用中大功率乃至千瓦级以上的高功率微波应用领域；(2)与现有的基于方形或圆波导电磁带隙结构相比，本专利技术利用了同轴结构的金属波导，能够更容易与微波
常用的基于同轴波导的信号传输系统集成；同时相比于采用周期性加载膜片实现带隙特性的方法，本专利技术的采用在内外导体之间同时引入具有角向和轴向二维周期性的不均匀结构实现了带隙特性，该实现方式简单，有利于高频应用时结构的加工制作。上述优点使得本专利技术的电磁带隙结构可以作为微波通信、卫星通信、遥感遥测、雷达、导航、电子对抗等高功率微波应用领域中抑制干扰或噪声的谐波抑制器或可调Q值的带阻滤波器。较佳地，第一不均匀结构可相对第二不均匀结构发生转动。基于此，转动第一或第二不均匀结构，便可改变两不均匀结构之间的初始相位差，从而使得带隙特性具有可控性，而且控制方式简单，仅需通过转动即可控制带隙特性，在此过程中无需改变或调整其他结构参数。这一特性使得本专利技术的电磁带隙结构更具通用性。具体地，第一不均匀结构及第二不均匀结构的角向周期数mb及轴向周期长度pb分别满足如下公式：mb＝mi+mk p b = c 0 ( f 0 μ r ϵ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同轴波导二维电磁带隙结构，包括金属柱状内导体、填充物和金属空心管状外导体，所述填充物套装于所述内导体，所述外导体套装于所述填充物，所述内导体及外导体的中心轴线位于同一直线上，其特征在于：还包括设置于所述内导体与外导体之间的第一不均匀结构及第二不均匀结构，所述第一不均匀结构及第二不均匀结构均具有角向和轴向的二维周期性。

【技术特征摘要】
1.一种同轴波导二维电磁带隙结构，包括金属柱状内导体、填充物和金属空心管状外导体，所述填充物套装于所述内导体，所述外导体套装于所述填充物，所述内导体及外导体的中心轴线位于同一直线上，其特征在于：还包括设置于所述内导体与外导体之间的第一不均匀结构及第二不均匀结构，所述第一不均匀结构及第二不均匀结构均具有角向和轴向的二维周期性。2.如权利要求1所述的同轴波导二维电磁带隙结构，其特征在于：所述第一不均匀结构可相对所述第二不均匀结构发生转动，固定所述第一不均匀结构及第二不均匀结构之一者，转动所述第一不均匀结构及第二不均匀结构之另一者以使得所述第一不均匀结构及第二不均匀结构之间的初始相位差发生改变，从而控制所述同轴波导二维电磁带隙结构的传输带隙特性。3.如权利要求2所述的同轴波导二维电磁带隙结构，其特征在于：所述第一不均匀结构及第二不均匀结构的角向周期数mb及轴向周期长度pb分别满足如下公式：mb＝mi+mk p b = c 0 ( f 0 μ r ϵ r ) 2 - ( k c i c 0 2 π ) 2 + ( f 0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖颖昕，危喜临，王善进，刘华珠，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44