耦合帶磁電可調(diào)濾波器的等效電路建模及器件設(shè)計.pdf

1、多鐵性磁電層合材料基于磁致伸縮相的鐵磁共振效應(yīng)和壓電相的電致伸縮效應(yīng),可以實(shí)現(xiàn)外加磁場大范圍調(diào)節(jié)鐵氧體的鐵磁共振頻率和外加電場小范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)鐵磁共振頻率。將磁電層合材料與傳統(tǒng)的微波器件相結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)磁電雙可調(diào)的微波器件如磁電可調(diào)濾波器、諧振器、移相器、延遲線等。這種新型磁電雙可調(diào)微波器件具有體積小,功耗小,調(diào)節(jié)速度快的優(yōu)點(diǎn)。磁電多鐵性材料因其在新型多功能磁電器件和設(shè)備應(yīng)用中的優(yōu)越性,引起了研究人員的極大興趣,使其成為近些年研究的新興

2、方向。
　　雖然在微波磁電層合材料的制作工藝,磁電耦合機(jī)理,以及其在磁電可調(diào)微波器件中的應(yīng)用等方面有了許多研究,仍有以下問題值得探討:首先,如何根據(jù)用戶需求設(shè)計靈活性高,復(fù)雜性高的微波器件成為了一個有待解決的重要問題。其次,在微波器件的設(shè)計中,由于磁電層合材料的薄膜制作工藝復(fù)雜,造價較貴,為了降低實(shí)驗(yàn)成本、確定磁電層合材料和器件尺寸,這都需要對器件開展仿真。然而,普遍的電磁場仿真計算量繁重而且耗時冗長,這就需要一種新的分析方法,可

3、以快速的對器件性能預(yù)判評估和優(yōu)化,預(yù)測磁電雙可調(diào)微波器件的磁,電可調(diào)諧振特性。
　　針對以上問題,本文開展以下工作:首先,本文基于鐵磁共振機(jī)理和磁電耦合效應(yīng),考慮壓電層的影響,引入磁電層合材料與耦合微帶線之間的耦合因子,分別針對由單塊磁電層合材料與兩條耦合帶構(gòu)成的磁電可調(diào)帶通濾波器,建立了集總等效電路模型。使用該集總等效電路模型分析磁電雙可調(diào)濾波器中電、磁雙重調(diào)節(jié)鐵磁共振頻率漂移現(xiàn)象,其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和電磁場仿真結(jié)果相比,在定性上

4、還是定量上都具有較好的一致性,從而驗(yàn)證了該集總等效電路的有效性。在此基礎(chǔ)上,通過該集總等效電路,預(yù)測和分析了外加電場,層合材料尺寸,微帶線尺寸,微帶線與層合材料間的距離對濾波器性能的影響。
　　其次,在基于單塊磁電層合材料的磁電雙可調(diào)帶通濾波器集總等效電路的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于多塊磁電層合材料的磁電雙可調(diào)帶通濾波器和磁電雙可調(diào)多通帶濾波器的集總等效電路。選取基于兩塊磁電層合材料的濾波器作為研究對象,通過該集總等效電路預(yù)測和分析了濾波

5、器的通帶特性,并通過與電磁仿真結(jié)果相比較驗(yàn)證了該集總等效電路的有效性。并基于該集總等效電路分析了濾波器通帶頻率,通帶帶寬的磁,電雙可調(diào)特性。
　　此外,基于磁電耦合效應(yīng)和鐵磁共振效應(yīng),通過將磁電層合材料與普通的耦合微帶線濾波器相結(jié)合設(shè)計了一款應(yīng)用于2-10GHz頻段的磁電雙可調(diào)雙通帶濾波器。通過 HFSS仿真平臺進(jìn)行對其性能進(jìn)行預(yù)測分析,結(jié)果表明濾波器通帶性能良好,帶外抑制大。該濾波器與傳統(tǒng)帶通濾波器相比,大大提高器件的靈活性,同