一种磁电可调双通带滤波器朱锋杰，周浩淼，肖.PDF

第32卷第5期 杭州电子科技大学学报 V01．32．No．5 2012年lO月 Journalof HangzllotlDian五University Oct．2012 酗：10．3蛔Ⅵ．issn．1001-9146．2012．05-005 一种磁电可调双通带滤波器 朱锋杰，周浩淼，肖 英，夏哲雷 (中国计量学院信息工程学院，浙江杭州310018) 摘要：该文结合耦合带滤波器的微波传输原理和铁氧体／压电层合磁电材料的铁磁共振效应，设计 了一款应用在2—10GHz频段范围的磁电双可调双通带滤波器。分析了其工作机理，通过HFSS平 台进行模拟仿真，结果表明滤波器通带部分的插入损耗约为一3dB，阻带部分最大插入损耗达到一 20dB，同时验证了其磁电可调的有效性。 关键词：铁磁共振；磁电耦合；磁电可调 中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：lool一9146(2012)05—0017—04 0引言 随着无线通信技术的快速发展，用户在2—40GHz频段内的需求变得更加多样化和复杂化。比如 无线通信技术中的无线局域网就必须同时服务于2．45GHz和5GHz这两个频段。如何根据用户的要求 提高器件的可调性和灵活性，成为了一个有待解决的重要问题。而新型信息功能材料一磁电复合材料 为可调微波器件提供了一种新的思路。与传统的可调微波器件相比，基于磁电层合材料的微波器件如 滤波器，移相器，环形器等具有调节速度快，范围大，噪音小，体积小等优点【l’2J。目前的研究主要致力 于单频点的磁电可调滤波器的设计和性能研究。比如，使用YIG／GGG和微带线可以构成一个磁可调 带通滤波器”j。在此基础上增加PMN-PT层，在磁可调的基础上增加了电可调的性能，相比于磁调，电 场调节更加高效、精确、耗能也更少¨】。实验测量表明，基于YIG／PZT的层合结构的磁电双可调滤波器 具有较好的带通效果∞j。但是上述的磁电可调单通带滤波器仍然不能满足无线局域网的传输要求，具 有双频点的磁电可调双通带滤波器作为磁电可调的微波器件，可以同时传输两个不同频段的微波信号， 可以有效解决了这一难题。本文在磁电可调单通带滤波器的基础上，在两条微带线之间增加一块PZT／ YIG磁电层合材料设计了一款磁电可调的双通带滤波器。由HFSS平台进行模拟仿真，通过调节施加 在两块磁电层合材料的偏置磁场强度可以实现通带在2—10GHz范围内的粗调，调节电场强度可以实 现阻带在几十兆赫兹内的精确调节。 1设计原理及模型建立 磁电微波双带通滤波器的磁电可调特性是基于压电体的逆压电效应以及铁氧体的铁磁共振机理实 现的。将滤波器放置于用于施加外加偏置磁场的两极线圈之问，铁氧体将产生铁磁共振效应；若在PzT 层施加外加电场，将导致压电层变形，继而带动铁氧体层的变形导致铁磁共振的频率发生偏移；两者从 本质上来说，都是通过改变铁磁介质的磁导率，从而导致铁磁共振频率发生偏移。本文结合上述理论设 收稿13期：2012—07—20 基金项目：国家自然科学基金资助项目，中国博士后科学基金资助项目(04727，0480089) 作者简介：朱锋杰(1989一)，男，浙江永康人，在读研究生，功能材料微波器件． 万方数据 18 杭州电子科技大学学报 2012年 计了磁电微波双通带滤波器，其设计思路如图I所示．在磁电可调单通带滤波器的基础上于两条微带线 之间增加一块磁电层合材料，从而得到磁电可调双通带滤波器。当YIG层处于铁磁共振状态时，输入 和输出端的微带线与层合材料发生耦合，从而使FMR频段的能量从输入端传输到输出端，达到双通带 的效果‘61。 图1 双带通滤波器的实现原理 滤波器的结构模型如图2所示，YIG尺寸为5．5mm×1．9mm X0．11mm，饱和磁化强度