专利摘要

本实用新型涉及一种实时可控的多频段波导元器件，属于波导技术领域。本多频段波导元器件包括：介质板；金属微带，所述金属微带固定连接在所述介质板的一面上，所述金属微带的中部设有人工表面等离激元结构；谐振器，所述谐振器位于所述金属微带的中部两侧，所述谐振器与所述介质板的一面固定连接；第一PIN二极管，所述第一PIN二极管一端与所述谐振器连接，另一端与所述金属微带的中部连接，电流从所述谐振器经所述第一PIN二极管进入到所述金属微带中。本多频段波导元器件结构简单、传输损耗低、带宽灵活可控，抗电磁干扰能力强，适应于微波集成电路的发展。

权利要求

1.一种实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，包括：

介质板(1)；

金属微带，所述金属微带固定连接在所述介质板(1)的一面上，所述金属微带的中部设有人工表面等离激元结构；

谐振器(7)，所述谐振器(7)位于所述金属微带的中部两侧，所述谐振器(7)与所述介质板(1)的一面固定连接；

第一PIN二极管(10)，所述第一PIN二极管(10)一端与所述谐振器(7)连接，另一端与所述金属微带的中部连接，电流从所述谐振器(7)经所述第一PIN二极管(10)进入到所述金属微带中。

2.根据权利要求1所述的实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，所述谐振器(7)上设有焊盘(8)，所述焊盘(8)与所述谐振器(7)之间设有高阻线(9)，所述高阻线(9)的两端分别与所述焊盘(8)和所述谐振器(7)连接。

3.根据权利要求1所述的实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，所述金属微带的中部设有电容(11)，所述第一PIN二极管(10)的另一端与所述电容(11)连接。

4.根据权利要求1所述的实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，所述谐振器(7)包括多个谐振单元，多个所述谐振单元并列设置，多个所述谐振单元上均设有第一矩形槽(5)，所述第一矩形槽(5)朝向所述金属微带。

5.根据权利要求4所述的实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，多个所述谐振单元之间均设有第二PIN二极管(13)，相邻两个所述谐振单元通过对应所述第二PIN二极管(13)连接，电流通过所述第二PIN二极管(13)向所述第一PIN二极管(10)流动。

6.根据权利要求1所述的实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，所述金属微带包括人工表面等离激元段(4)、两个过渡段(3)和两个传输段(2)，两个所述过渡段(3)的一端分别与所述人工表面等离激元段(4)的两端连接，两个所述过渡段(3)的另一端分别与两个所述传输段(2)的一端连接，两个所述传输段(2)的另一端与所述介质板(1)的两边的边缘齐平。

7.根据权利要求6所述的实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，两个所述过渡段(3)的两侧边上均设有多个第二矩形槽(6)，多个所述第二矩形槽(6)沿对应所述过渡段(3)的长度方向并列设置；所述人工表面等离激元段(4)的两侧上均设有多个第三矩形槽(12)，多个所述第三矩形槽(12)沿对应所述人工表面等离激元段(4)的长度方向并列设置。

8.根据权利要求7所述的实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，所述第二矩形槽(6)的槽底沿所述过渡段(3)朝所述人工表面等离激元段(4)方向逐渐向轴线倾斜；所述第二矩形槽(6)的槽底深度沿所述过渡段(3)朝所述人工表面等离激元段(4)方向逐渐增加。

9.根据权利要求7所述的实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，所述人工表面等离激元段(4)的长度为30～60mm；第三矩形槽(12)的深度为0.1～10.0mm，宽度为0.25～5mm。

10.根据权利要求1-9任一项所述的实时可控的多频段波导元器件，其特征在于，所述介质板(1)的厚度为0.05～1.5mm，所述介质板(1)的另一面上固定设有金属地。

说明书

技术领域

本实用新型属于波导技术领域，具体涉及一种实时可控的多频段波导元器件。

背景技术

当今5G通讯时代，随着信息容量的迅猛增长，移动通讯领域要求能制造出集成度更高、工作特性更稳定、更灵活的多功能微波器件。

然而随着微波器件的设计加工后，其功能即已固定，无法灵活调控。而且随着微波电路集成度的不断提高，线与线间的间距不断缩小，器件的电磁干扰，RC延迟等会导致其工作不稳定。

因此急需发展集成度高的多功能化微波器件。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题提供一种实时可控的多频段波导元器件，其结构简单、传输损耗低、带宽灵活可控，抗电磁干扰能力强，适应于微波集成电路的发展。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种实时可控的多频段波导元器件，包括：

介质板；

金属微带，所述金属微带固定连接在所述介质板的一面上，所述金属微带的中部设有人工表面等离激元结构；

谐振器，所述谐振器位于所述金属微带的中部两侧，所述谐振器与所述介质板的一面固定连接；

第一PIN二极管，所述第一PIN二极管一端与所述谐振器连接，另一端与所述金属微带的中部连接，电流从所述谐振器经所述第一PIN二极管进入到所述金属微带中。

本实用新型的有益效果是：(1)通过设置的第一PIN二极管来连通谐振器和金属微带，使得能在传输曲线上实时引入传输零点，使得谐振频率实时可控，实时调节波导传输曲线上的传输零点；

(2)通过在金属微带上设置的人工表面等离激元结构，其具有微波截至模式，从而使得本波导元器件可以在三种不同的微波频段工作，实现多功能化；

(3)人工表面等离激元结构能让电磁场在平面界面传输时被束缚，从而大大降低了多条传输线传输时因间距太小而出现的电磁干扰，使得波导元器件抗干扰能力大大增强，同时也增强了本发明用于高密度微波集成电路中工作时的稳定性。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述谐振器上设有焊盘，所述焊盘与所述谐振器之间设有高阻线，所述高阻线的两端分别与所述焊盘和所述谐振器连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过高阻线使得交流信号无法到达直流电压，不会对电源影响。

进一步，所述金属微带的中部设有电容，所述第一PIN二极管的另一端与所述电容连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置的电容与第一PIN二极管串接，使直流偏置电压无法到达主金属微带，不会对交流信号构成干扰。

进一步，所述谐振器包括多个谐振单元，多个所述谐振单元并列设置，多个所述谐振单元上均设有第一矩形槽，所述第一矩形槽朝向所述金属微带。

采用上述进一步方案的有益效果是：实现电磁场传输时产生谐振效果。

进一步，多个所述谐振单元之间均设有第二PIN二极管，相邻两个所述谐振单元通过对应所述第二PIN二极管连接，电流通过所述第二PIN二极管向所述第一PIN二极管流动。

采用上述进一步方案的有益效果是：使谐振频率实时可控，实时调节波导传输曲线上的传输零点，控制效果更好。

进一步，所述金属微带包括人工表面等离激元段、两个过渡段和两个传输段，两个所述过渡段的一端分别与所述人工表面等离激元段的两端连接，两个所述过渡段的另一端分别与两个所述传输段的一端连接，两个所述传输段的另一端与所述介质板的两边的边缘齐平。

采用上述进一步方案的有益效果是：利于电磁场传输。

进一步，两个所述过渡段的两侧边上均设有多个第二矩形槽，多个所述第二矩形槽沿对应所述过渡段的长度方向并列设置；所述人工表面等离激元段的两侧上均设有多个第三矩形槽，多个所述第三矩形槽沿对应所述人工表面等离激元段的长度方向并列设置。

采用上述进一步方案的有益效果是：能让电磁场在平面界面传输时被束缚在第二矩形槽和第三矩形槽周围，从而大大降低了多条传输线传输时因间距太小而出现的电磁干扰，使得抗干扰能力大大增强，同时也增强了本发明用于高密度微波集成电路中工作时的稳定性。

进一步，所述第二矩形槽的槽底沿所述过渡段朝所述人工表面等离激元段方向逐渐向轴线倾斜；所述第二矩形槽的槽底深度沿所述过渡段朝所述人工表面等离激元段方向逐渐增加。

采用上述进一步方案的有益效果是：使得电磁场传播的过渡最平稳。

进一步，所述人工表面等离激元段的长度为30～60mm；第三矩形槽的深度为0.1～10.0mm，宽度为0.25～5mm。

采用上述进一步方案的有益效果是：调节效果好。

进一步，所述介质板的厚度为0.05～1.5mm，所述介质板的另一面上固定设有金属地。

采用上述进一步方案的有益效果是：增加介质板的强度。

附图说明

图1为本实用新型多频段波导元器件的结构示意图；

图2为本实用新型谐振器的结构示意图；

图3为本实用新型多频段波导元器件的S11参数曲线随PIN二极管导通特性的变化图；

图4为本实用新型多频段波导元器件的S12参数曲线随PIN二极管导通特性的变化图；

图5为本实用新型多频段波导元器件的加载第一PIN二极管和第二PIN 二极管状态下的群时延特性曲线图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、介质板，2、传输段，3、过渡段，4、人工表面等离激元段，5、第一矩形槽，6、第二矩形槽，7、谐振器，8、焊盘，9、高阻线，10、第一PIN 二极管，11、电容，12、第三矩形槽，13、第二PIN二极管。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例

如图1-图2所示，本实施例提供一种实时可控的多频段波导元器件，包括：介质板1；金属微带，谐振器7和第一PIN二极管10。

金属微带固定连接在介质板1的一面上，金属微带铺设在介质板1上，金属微带的中部设有人工表面等离激元结构。谐振器7位于金属微带的中部两侧，谐振器7与介质板1的一面固定连接。第一PIN二极管10一端与谐振器7连接，另一端与金属微带的中部连接，电流从谐振器7经第一PIN二极管10进入到金属微带中。其中谐振器7为两个，两个谐振器7相对设置在金属微带的两侧。

本实施例的技术方案可产生如下效果，通过设置的第一PIN二极管10 来连通谐振器7和金属微带，使得能在传输曲线上实时引入传输零点，使得谐振频率实时可控，实时调节波导传输曲线上的传输零点。通过在金属微带上设置的人工表面等离激元结构，其具有微波截至模式，从而使得本波导元器件可以在三种不同的微波频段工作，实现多功能化。

此外，人工表面等离激元结构能让电磁场在平面界面传输时被束缚，从而大大降低了多条传输线传输时因间距太小而出现的电磁干扰，使得波导元器件抗干扰能力大大增强，同时也增强了本发明用于高密度微波集成电路中工作时的稳定性。

不仅如此，因抗电磁干扰能力大大增强，本实施例还能减小微波集成电路的金属微带间的间距以实现器件的小型化，因而能更好地适应当今大规模微波集成电路的发展。

优选地，本实施例中，谐振器7上设有焊盘8，焊盘8与谐振器7之间设有高阻线9，高阻线9的两端分别与焊盘8和谐振器7连接。其中焊盘8 用于与外部电压连接，用于施加电压。通过高阻线9使得交流信号无法到达直流电压，不会对电源影响。

优选地，本实施例中，金属微带的中部设有电容11，第一PIN二极管 10的另一端与电容11连接。其中电容11与第一PIN二极管10配套设置，通过设置的电容11与第一PIN二极管10串接，使直流偏置电压无法到达主金属微带，不会对交流信号构成干扰。

优选地，本实施例中，谐振器7包括多个谐振单元，多个谐振单元并列设置，多个谐振单元上均设有第一矩形槽5，第一矩形槽5朝向金属微带。从而实现电磁场传输时产生谐振效果。其中谐振单元为3个。

优选地，本实施例中，多个谐振单元之间均设有第二PIN二极管13，相邻两个谐振单元通过对应第二PIN二极管13连接，电流通过第二PIN二极管13向第一PIN二极管10流动。从而使谐振频率实时可控，实时调节波导传输曲线上的传输零点，控制效果更好。

优选地，本实施例中，金属微带包括人工表面等离激元段4、两个过渡段3和两个传输段2，两个过渡段3的一端分别与人工表面等离激元段4的两端连接，两个过渡段3的另一端分别与两个传输段2的一端连接，两个传输段2的另一端与介质板1的两边的边缘齐平。

其中两个过渡段3和两个传输段2均以人工表面等离激元段4对称设置。其中传输段2用于电磁场输入和电磁场输出，其中过渡段3能够实现电磁场平稳过渡。

优选地，本实施例中，两个过渡段3的两侧边上均设有多个第二矩形槽 6，多个第二矩形槽6沿对应过渡段3的长度方向并列设置。其中通过设置的第二矩形槽6实现对微波的收束，同时能够防止相互之间的电磁干扰。

优选地，本实施例中，人工表面等离激元段4的两侧上均设有多个第三矩形槽12，多个第三矩形槽12沿对应人工表面等离激元段4的长度方向并列设置。通过第三矩形槽12形成人工表面等离激元结构，通过第三矩形槽 12成周期性的阵列排布，从而具有微波截止模式。

另外还能通过调节第二矩形槽6和第三矩形槽12的几何尺寸来调控微波传输线的传输零点频率和电磁场分布，同时调整电磁波的束缚效果。

优选地，本实施例中，第二矩形槽6的槽底沿过渡段3朝人工表面等离激元段4方向逐渐向轴线倾斜。第二矩形槽6的槽底深度沿过渡段3朝人工表面等离激元段4方向逐渐增加。从而使得电磁场传播的过渡最平稳。

优选地，本实施例中，人工表面等离激元段4的长度为30～60mm；第三矩形槽12的深度为0.1～10.0mm，宽度为0.25～5mm。过渡段3的长度为 10-30mm。其中图1中，L1为传输段2，L2为过渡段3，L3为人工表面等离激元段4。其中第二矩形槽6的深度为0.1～10.0mm，宽度为0.25～5mm。

优选地，本实施例中，介质板1的厚度为0.05～1.5mm，介质板1的另一面上固定设有金属地。

工作原理：准TEM模式的电磁场由左边的传输段2传输到过渡段3，在过渡段3中逐渐渐变为SSPPs模式的电磁场，且在过渡段3中准TEM模式和 SSPPs模式的电磁场共存，当进入到人工表面等离激元段4时，完全转化为 SSPPs模式的电磁场，并在人工表面等离激元段4进行传输，当连接第一PIN 二极管10，电磁场在第一PIN二极管10处连接谐振器7，谐振器7的谐振在人工等离激元段产生传输零点，阻止电磁场沿金属微带的输出。当第二PIN 二极管13接通时，谐振器7中的谐振单元增多，谐振频率降低，从而实时调控传输零点的位置及波导的带宽。电磁场在传输段2上传播时，传输段2 内电磁场的模式为准TEM模式，该模式电磁场被束缚在传输段2与金属地间的介质板1内；电磁场在过渡段3传播时，过渡段3内准TEM模式与SSPPs 模式共存，其中准TEM模式电磁场被束缚在过渡段3与金属地间的介质板1内，SSPPs模式电磁场被束缚在第二矩形槽6周围；在人工表面等离激元段 4进行传播时，该段内电磁场为SSPPs模式，该模式电磁场被束缚在第三矩形槽12周围，可有效增加波导的电磁抗干扰能力。

以下为采用上述实施例进行具体测量的情况。

根据上述实施例制备一个多频段波导元器件，它各部分几何参数如表1 所示。

表1

其中周期为两个相邻矩形槽之间的距离。

该样品的介质板1采用介电常数为2.65的基片，对该多频段波导元器件散射参数采用有限积分的计算结果如图3-4所示。

图中S11为滤波器反射系数，S21为滤波器传输系数，列举了该多频段波导元器件工作频段中的传输反射特性，其中无PIN二极管加载时多频段波导元器件为低通段，其-3dB通带范围为0～27.5GHz，该带内反射系数均小于 -11dB，多频段波导元器件在该通带内插损很小，大于-0.9dB，纹波抖动小于0.87dB。

当加载第一PIN二极管10后，多频段波导元器件引入两个传输零点变为三波段，其-3dB频带范围为0～3.64GHz，13.7～22.5GHz以及28.7～ 31.6GHz，多频段波导元器件在通带内最低插损小于-0.27dB。

当同时加载第一PIN二极管10和第二PIN二极管13时，带通内的传输零点发生实时移动，但带内反射系数及纹波抖动无明显变化，如图3-4所示。

当同时加载第一PIN二极管10和第二PIN二极管13时，测量多频段波导元器件的群延时，具体如图5所示。

由图5可知，该频段内群时延小于1.8ns，信号失真小，说明多频段波导元器件传输特性好，带外抑制优。而且上述带通的带宽特性可以由多频段波导元器件的第二矩形槽6和第三矩形槽12的深度改变来方便的调节。使该多频段波导元器件具备多种通讯制式的工作能力，能有效减少通讯系统中器件个数，缩小系统的体积。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

一种实时可控的多频段波导元器件专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。