本發(fā)明涉及微波無源器件領(lǐng)域，尤其涉及在通信行業(yè)及電子設(shè)備和儀器測量中的一種新型衰減器及其制作方法。

背景技術(shù)：

衰減器是一種廣泛應(yīng)用于微波系統(tǒng)的元件，用作對(duì)信號(hào)功率的衰減，是微波電子設(shè)備中必不可少的關(guān)鍵元件，對(duì)系統(tǒng)輸出功率起到控制和調(diào)節(jié)作用，而不會(huì)引起信號(hào)發(fā)生顯著畸變的無源網(wǎng)絡(luò)。一般以引入衰減的分貝數(shù)及其特性阻抗的歐姆數(shù)來標(biāo)明。另外，任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電磁波的損耗作用都包含兩部分：一是插入材料吸收和耗散的能量，稱插入損耗；另一部分是被它反射的能量，稱回波損耗。本發(fā)明即公開了一種通過插入零折射率超材料和引入轉(zhuǎn)動(dòng)棒來實(shí)現(xiàn)高回波損耗、高動(dòng)態(tài)范圍的衰減器及其制作方法。

衰減器有無源衰減器和有源衰減器兩種，有源衰減器與其他熱敏元件相配合組成可變衰減器，無源衰減器有固定衰減器和可調(diào)衰減器。本發(fā)明研究的即無源可調(diào)同軸衰減器，相比固定衰減器，調(diào)節(jié)范圍大，實(shí)用性更強(qiáng)，適用性更高。常見的可變衰減器通常有兩種，一種是采用t或π型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過開關(guān)控制電阻元件的大小來產(chǎn)生希望的衰減量，第二種是利用pin二極管實(shí)現(xiàn)可變電阻元件，其電阻與偏置電流成反比，利用每個(gè)pin二極管消耗能量產(chǎn)生預(yù)期的衰減量。這些衰減器目前存在的一個(gè)突出的問題是：在高頻12ghz以上，衰減狀態(tài)的回波損耗太小，制約了高精密微波電子設(shè)備的發(fā)展。

在雷達(dá)、通信、導(dǎo)航等系統(tǒng)中，都要考慮功率在傳輸中的損耗問題和接收信號(hào)的靈敏度問題，回波損耗越高，衰減器精度越高，動(dòng)態(tài)范圍越高，靈敏度也越高。高回波損耗、高靈敏度的衰減器在高精密儀器中應(yīng)用廣泛，如矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜儀、阻抗分析儀等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是克服現(xiàn)有衰減器技術(shù)中，回波損耗低，精度無法滿足需求、模式單一等不足之處，提供一種具有高回波損耗、大動(dòng)態(tài)范圍的可調(diào)衰減器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于零折射超材料的高回波損耗、大動(dòng)態(tài)范圍的可調(diào)衰減器，其特征在于，包括具有三端口的t型同軸空氣線；空氣線的內(nèi)導(dǎo)體在與匹配負(fù)載端口相對(duì)的端口處斷裂，斷裂處設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)棒，轉(zhuǎn)動(dòng)棒一端與內(nèi)導(dǎo)體可轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械連接，另外一端在內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間任意角度轉(zhuǎn)動(dòng)，在空氣線t型交界處的內(nèi)外導(dǎo)體之間填充零折射率超材料，且使其覆蓋轉(zhuǎn)動(dòng)棒，轉(zhuǎn)動(dòng)棒的轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域預(yù)留為空氣槽。

轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體連接處，轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體分別為半個(gè)圓柱，平面相對(duì)，通過機(jī)械連接。

所述外導(dǎo)體半徑3.5mm，內(nèi)導(dǎo)體半徑1.5mm。

所述的零折射率超材料，其折射率實(shí)部為零或接近于零，虛部不大于實(shí)部的31.25倍。

折射率由實(shí)部和虛部組成，即，，，且，。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明方法具有以下有益效果：發(fā)明了新結(jié)構(gòu)，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)棒以不同角度轉(zhuǎn)動(dòng)，通過內(nèi)外導(dǎo)體的連接和斷開的不同角度變化，決定內(nèi)外導(dǎo)體的短路、斷路和耦合，從而控制衰減量的大小，提供較大的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍；采用新型材料，插入的超材料，折射率為零，使入射信號(hào)的回波損耗增大，可以有效降低反射率，防止對(duì)輸入口前端電路產(chǎn)生干擾，有效提高衰減器性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體夾角為0度時(shí)正視圖；

圖2為本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體夾角為0度時(shí)俯視圖；

圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體夾角為45度時(shí)正視圖；

圖4為本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體夾角為90度時(shí)正視圖；

圖5為本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體連接及轉(zhuǎn)動(dòng)方式；

其中：1外導(dǎo)體，2內(nèi)導(dǎo)體，3零折射率超材料，4轉(zhuǎn)動(dòng)棒，5空氣槽。

具體實(shí)施方式

為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步說明：

該衰減器內(nèi)部填充有用于提高回波損耗的超材料，以及調(diào)節(jié)衰減范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)棒。如圖1,4所示，該裝置包括具有三端口的t型同軸空氣線，空氣線由同軸的外導(dǎo)體1和內(nèi)導(dǎo)體2組成，外導(dǎo)體1為具有三端口的t型圓柱金屬外殼，其中一端口用于入射信號(hào)，二端口連接匹配負(fù)載（匹配負(fù)載是現(xiàn)成的，根據(jù)不同要求外接即可），二端口用于出射信號(hào)；內(nèi)導(dǎo)體2，內(nèi)導(dǎo)體2為與外導(dǎo)體1形狀相似、同為t型的同軸金屬線；內(nèi)導(dǎo)體2在三端口附近斷裂，斷裂處設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)棒4，轉(zhuǎn)動(dòng)棒4的一側(cè)與內(nèi)導(dǎo)體通過機(jī)械方式可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另外一側(cè)可在內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間以不同角度轉(zhuǎn)動(dòng)，用于調(diào)節(jié)衰減范圍；在t型交界處、內(nèi)外導(dǎo)體之間填充有零折射率超材料3，且使其覆蓋轉(zhuǎn)動(dòng)棒4，使入射信號(hào)先通過零折射率超材料，用以提高衰減器的回波損耗；但值得注意的是，轉(zhuǎn)動(dòng)棒轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域預(yù)留為空氣槽5，空氣槽中是空氣而非零折射率超材料。

制作該衰減器時(shí)，選取一t型同軸線，在t型交叉處，內(nèi)外導(dǎo)體之間填入零折射率超材料3，填入的面積需覆蓋轉(zhuǎn)動(dòng)棒4，且需預(yù)留內(nèi)導(dǎo)體2的空間；內(nèi)導(dǎo)體2在與接匹配負(fù)載相對(duì)的端口附近，截取一段，制為轉(zhuǎn)動(dòng)棒4，轉(zhuǎn)動(dòng)棒4一側(cè)與內(nèi)導(dǎo)體截?cái)酁橄喁B半圓柱體，用機(jī)械手段固定，可旋轉(zhuǎn)；另一側(cè)制為半圓狀，與內(nèi)導(dǎo)體連接處曲率契合。

實(shí)施例1

為進(jìn)一步說明本器件結(jié)構(gòu)的效果，我們以選取外半徑3.5mm、內(nèi)半徑1.5mm的同軸線，制作轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體相連的衰減器為例。將選取的同軸線內(nèi)導(dǎo)體截取一段，將截?cái)嗟霓D(zhuǎn)動(dòng)棒及與內(nèi)導(dǎo)體連接處加工為如圖5要求的形狀，通過機(jī)械手段固定。然后在同軸線t型交叉處，內(nèi)外導(dǎo)體之間填充零折射率超材料，如圖1所示，填充范圍需覆蓋t型交叉處及轉(zhuǎn)動(dòng)棒區(qū)域，但需將轉(zhuǎn)動(dòng)棒的轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域預(yù)留為空氣槽。

根據(jù)本發(fā)明提出的新型衰減器及制作方法，利用電磁環(huán)境相關(guān)知識(shí)仿真設(shè)計(jì)得到實(shí)例1，轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體夾角為0度時(shí)，在12~18ghz的工作頻率下，對(duì)應(yīng)的衰減值為-5.145db，回波損耗為-19.601db，駐波比為1.23。

實(shí)施例2

為進(jìn)一步說明本器件結(jié)構(gòu)的效果，作為比較，我們以制作轉(zhuǎn)動(dòng)棒與內(nèi)導(dǎo)體夾角為45度的衰減器為例，該衰減器除轉(zhuǎn)動(dòng)棒位置外，其他結(jié)構(gòu)、尺寸和材料與實(shí)例1完全相同。經(jīng)仿真測試得到對(duì)應(yīng)的衰減值為-22.984db，回波損耗為-32.101db，駐波比為1.05。

實(shí)施例3

為進(jìn)一步說明本器件結(jié)構(gòu)的效果，作為比較，我們以制作轉(zhuǎn)動(dòng)棒與外導(dǎo)體相連、即與內(nèi)導(dǎo)體夾角為90度的衰減器為例，該衰減器除轉(zhuǎn)動(dòng)棒位置外，其他結(jié)構(gòu)、尺寸和材料與實(shí)例1完全相同。經(jīng)仿真測試得到對(duì)應(yīng)的衰減值為-72.253db,回波損耗為-53.084db，駐波比為1.00。

通過以上三個(gè)實(shí)例，能夠說明本發(fā)明，當(dāng)衰減值在-5.145~-22.984db范圍內(nèi),電壓駐波比（vswr）小于1.23，當(dāng)衰減值在-22.984~-72.253db范圍內(nèi)，電壓駐波比（vswr）小于1.05。