本發(fā)明涉及小型化可調(diào)微波器件，具體的說是涉及一種基于靜磁表面波技術(shù)利用磁電層合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的磁電雙可調(diào)微波延遲線。

背景技術(shù)：

微波延遲線是一種在各類微波系統(tǒng)中廣泛使用的無源器件，其指標(biāo)的好壞直接影響著微波系統(tǒng)整機(jī)的性能，而可調(diào)微波延遲線在其中有著廣泛的應(yīng)用空間。目前可調(diào)微波延遲線主要有同軸電纜可調(diào)延遲線，聲體波可調(diào)延遲線，光纖光波導(dǎo)可調(diào)延遲線。其中同軸電纜可調(diào)延遲線不易與其它微波器件集成設(shè)計(jì)，延遲調(diào)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)延遲時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)損耗極大，并且難以減小體積和重量；聲體波可調(diào)延遲線在設(shè)計(jì)時(shí)需要寬帶響應(yīng)平坦的雙端換能器，并且工作頻率低，應(yīng)用范圍受限；光纖光波導(dǎo)可調(diào)延遲線實(shí)現(xiàn)延遲調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高。相對(duì)于上述可調(diào)微波延遲線，基于壓電/鐵磁復(fù)合磁電材料的靜磁自旋波原理實(shí)現(xiàn)的磁電雙可調(diào)微波延遲線的磁可調(diào)本質(zhì)是通過改變外加偏磁場(chǎng)來改變鐵磁材料靜磁表面波傳輸性能，從而改變靜磁表面波群延時(shí)實(shí)現(xiàn)延遲調(diào)節(jié)；同時(shí)，在磁可調(diào)的基礎(chǔ)上，磁電層合結(jié)構(gòu)利用乘積效應(yīng)通過機(jī)械彈力將兩相材料的作用相互耦合，產(chǎn)生磁電耦合效應(yīng)，使其靜磁表面波傳輸性能改變，由此實(shí)現(xiàn)其微波延遲電調(diào)節(jié)。該種可調(diào)微波延遲線具有調(diào)節(jié)范圍大、速度快、能耗小、體積小、易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，有望成為下一代主流可調(diào)微波延遲線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種磁電雙可調(diào)微波延遲線，目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供基于磁電層合結(jié)構(gòu)的磁電雙可調(diào)微波延遲線。該延遲線具有調(diào)節(jié)范圍大、速度快、能耗小、體積小、重量輕、損耗低、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，具有精度高、可靠性高、成本低廉易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種磁電雙可調(diào)微波延遲線，其特征在于，包括磁電層合結(jié)構(gòu)1、微波換能器2和微波基板3；所述磁電層合結(jié)構(gòu)由壓電材料4和磁致伸縮材料5使用有機(jī)膠粘結(jié)構(gòu)成，其中，磁致伸縮材料5位于壓電材料4上表面；所述微波換能器2設(shè)置在微波基板3上表面；所述磁電層合結(jié)構(gòu)1位于兩片微波基板3之間，且磁電層合結(jié)構(gòu)1中的磁致伸縮材料5的兩端固定在微波換能器2上表面，兩片微波基板3及位于微波基板3上的微波換能器2以壓電材料4的中心線呈對(duì)稱分布；所述微波基板3采用微波介質(zhì)材料形成。

進(jìn)一步的，所述壓電材料4為矩形，并在上下表面上鍍有金屬薄膜電極6，在金屬薄膜電極6上焊有金屬導(dǎo)線；磁致伸縮材料5的形狀為三角形、矩形、梯形和平行四邊形中的一種。

所述的壓電材料為鈮鎂鋯鈦酸鉛(PMN-PT)或鋯鈦酸鉛(PZT)，磁致伸縮材料為生長(zhǎng)在釓鎵石榴石(GGG)基底上的釔鐵石榴石(YIG)薄膜。

所述微波換能器由在微波基板的上表面通過光刻腐蝕法或絲網(wǎng)印刷法作出金屬微帶線制作獲得。

所述的微波基板采用的微波介質(zhì)材料為氧化鋁。

所述的金屬薄膜電極為銅電極或銀電極。

所述的金屬薄膜電極施加外部電壓。

所述的釔鐵石榴石(YIG)薄膜置于偏置磁場(chǎng)中且磁場(chǎng)方向平行于釔鐵石榴石(YIG)薄膜。

所述的金屬微帶線由輸入端口微帶線和輸出端口微帶線兩條微帶線組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是：

相對(duì)于傳統(tǒng)的微波延遲線，以磁電層合材料為核心的磁電雙可調(diào)微波延遲線具有速度更快、體積更小、能耗更低、噪聲更小等優(yōu)點(diǎn)；其次，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)微波延遲線工作頻段不可調(diào)或可調(diào)工作頻帶單一，無法在小頻段范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)，在保證大頻段磁場(chǎng)粗調(diào)的前提下，可以通過電調(diào)進(jìn)行小頻段的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。磁場(chǎng)調(diào)節(jié)和電場(chǎng)調(diào)節(jié)之間工作獨(dú)立，不會(huì)相互干擾。并且，對(duì)于不同的磁致伸縮材料和壓電材料的組合，微波延遲線工作頻率偏移量和延遲效果也會(huì)存在很大差異?？偠灾?，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)越性能和技術(shù)保障，基于該材料的磁電微波延遲線有著非常良好的發(fā)展前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的磁電層合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的微波換能器示意圖；

圖4是本發(fā)明延遲效果示意圖。

所有附圖中附圖標(biāo)記為：1-磁電層合結(jié)構(gòu)，2-微波換能器，3-微波基板，4-壓電材料，5-磁致伸縮材料，6-在壓電材料的上下表面鍍的金屬電極，7-釓鎵石榴石(GGG)基底，8-生長(zhǎng)在釓鎵石榴石(GGG)基底上的釔鐵石榴石(YIG)薄膜，5由7和8共同構(gòu)成，9-在微波基板上表面通過光刻腐蝕法或絲網(wǎng)印刷法作出金屬微帶線，10-輸入端口微帶線，11-輸出端口微帶線，9由10和11共同構(gòu)成。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種磁電雙可調(diào)微波延遲線，如圖1所示，包括磁電層合結(jié)構(gòu)、微波換能器和微波基板；所述磁電層合結(jié)構(gòu)由壓電材料和磁致伸縮材料使用有機(jī)膠粘結(jié)構(gòu)成；其中，磁電層合結(jié)構(gòu)中的磁致伸縮材料置于微波換能器上并固定磁電層合結(jié)構(gòu)；所述微波換能器制作于微波基板上，如圖3所示,微波基板采用氧化鋁微波基板，尺寸為15mm×10mm×0.5mm，輸入端輸出端各一片；如圖2所示,所述壓電材料為矩形，尺寸為10mm×5mm×0.5mm，并在兩邊鍍有金屬銀薄膜電極，在電極上焊有金屬導(dǎo)線；磁致伸縮材料為生長(zhǎng)在0.5mm厚GGG基底上的釔鐵石榴石YIG薄膜，形狀采用直角三角形，尺寸為11mm×3mm×0.02mm，。所述的壓電材料為鈮鎂鋯鈦酸鉛PMN-PT；如圖3所示，所述微波換能器由在微波基板的上表面通過絲網(wǎng)印刷法制備特征阻抗為50歐姆的金屬微帶線獲得，用做信號(hào)的傳輸線和換能器，輸入端口和輸出端口各印制一條。

一種所述的磁電雙可調(diào)微波延遲線的調(diào)節(jié)方法，當(dāng)微波信號(hào)由輸入端口輸入，利用電磁鐵向所述的延遲線施加特定外部偏置磁場(chǎng)時(shí)(平行于YIG薄膜)，YIG薄膜會(huì)激發(fā)出靜磁表面波，靜磁表面波是靜磁波的一種，靜磁波的群速、相速具有磁控可調(diào)性，傳播速率比電磁波低2-4個(gè)數(shù)量級(jí)，利用靜磁波的慢波特性和群速進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)竭_(dá)輸出換能器處轉(zhuǎn)換為微波信號(hào)輸出，由此實(shí)現(xiàn)信號(hào)的延遲。通過調(diào)節(jié)電磁鐵上電流的大小可以改變施加在諧振器上偏置磁場(chǎng)的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的工作頻率范圍或者G赫茲數(shù)量級(jí)的粗調(diào)；在壓電材料兩個(gè)表面的銀薄膜上施加外部電壓，通過兩個(gè)銀薄膜之間的電容效應(yīng)，磁電層合結(jié)構(gòu)的壓電材料上產(chǎn)生均勻的電場(chǎng)，通過所述電場(chǎng)，導(dǎo)致壓電材料產(chǎn)生形變從而導(dǎo)致磁致伸縮材料發(fā)生形變，即將其所產(chǎn)生的影響等效為對(duì)磁致伸縮材料施加一個(gè)磁場(chǎng)，那么改變外加電場(chǎng)的強(qiáng)度即可實(shí)現(xiàn)微波延遲線工作頻率在兆赫茲數(shù)量級(jí)的精確調(diào)節(jié)。

如圖4所示,本實(shí)施例中心頻率在4.6GHz左右，未對(duì)壓電材料施加電壓時(shí)延時(shí)100ns，工作帶寬0.6GHz，對(duì)壓電材料施加0-10kV電壓，延時(shí)70ns，工作帶寬0.4GHz。