阅读说明：本技术 全反射微波器件及其制备方法 (Total reflection microwave device and preparation method thereof ) 是由 苏晓东 邹帅 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种全反射微波器件及其制备方法,所述全反射微波器件包括介质层及位于介质层全部或部分表面的若干亚波长结构层,所述亚波长结构层包括若干呈阵列周期状分布的微结构,亚波长结构层用于对介质层内的微波进行全反射限制和/或对介质层外的微波进行吸收。本发明的微波器件无需在微波器件表面镀覆金属层,即可实现器件内微波的全反射及器件外微波的全吸收,大幅降低了器件的制造成本；易于设计、加工和制造,可大规模产业化,适用于具有机械振动、宽温工作等环境中微波器件的研制和生产,在现代电子通信系统中具有重要运用价值。(The invention discloses a total reflection microwave device and a preparation method thereof, wherein the total reflection microwave device comprises a dielectric layer and a plurality of sub-wavelength structure layers positioned on the whole or part of the surface of the dielectric layer, each sub-wavelength structure layer comprises a plurality of microstructures distributed in an array periodic shape, and each sub-wavelength structure layer is used for carrying out total reflection limitation on microwaves in the dielectric layer and/or absorbing the microwaves outside the dielectric layer. The microwave device can realize the total reflection of microwaves in the device and the total absorption of microwaves outside the device without plating a metal layer on the surface of the microwave device, thereby greatly reducing the manufacturing cost of the device; the microwave device is easy to design, process and manufacture, can be industrialized in large scale, is suitable for the development and production of microwave devices in the environments with mechanical vibration, wide-temperature work and the like, and has important application value in modern electronic communication systems.)

全反射微波器件及其制备方法

技术领域

本发明属于通讯器件技术领域，尤其涉及一种全反射微波器件及其制备方法。

背景技术

通讯领域中会涉及各种微波器件，如滤波器、隔离器等，参图1所示，通常微波器件的表面覆盖着切向电场为零的金属层20’，因此电磁波被限制在介质10’内(通常为空气)，形成驻波振荡，其几何尺寸约为波导波长的一半。

随着通讯波段进入更高频率，如5G甚至6G时代，微波器件的尺寸将更进一步减少，介质也随之从空气改为相对介电常数更高的陶瓷材料，对器件进行加工和金属化的难度也大幅增加。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种全反射微波器件及其制备方法。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种全反射微波器件及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种全反射微波器件，所述全反射微波器件包括介质层及位于介质层全部或部分表面的若干亚波长结构层，所述亚波长结构层包括若干呈阵列周期状分布的微结构，亚波长结构层用于对介质层内的微波进行全反射限制和/或对介质层外的微波进行吸收。

一实施例中，所述介质层为陶瓷介质层，亚波长结构层为陶瓷亚波长结构层。

一实施例中，所述介质层和亚波长结构层的介电常数为5～100。

一实施例中，所述介质层和亚波长结构层的介电常数为20～80。

一实施例中，所述微结构的尺寸范围为0.1mm～50mm。

一实施例中，所述微结构为金字塔状微结构，金字塔状微结构垂直分布于介质层表面上；或，所述微结构为圆柱状微结构，圆柱状微结构平行分布于介质层表面上。

一实施例中，微结构的周期长度与微波的波长之比为0.01～1。

一实施例中，所述微波的频率范围为1GH～500GHz。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种全反射微波器件的制备方法，所述制备方法为：

通过模具成型工艺制备得到上述的全反射微波器件。

本发明再一实施例提供的技术方案如下：

一种全反射微波器件的制备方法，所述制备方法为：

在介质层表面机加工形成亚波长结构层，得到上述的全反射微波器件。

本发明的有益效果是：

本发明的微波器件无需在微波器件表面镀覆金属层，即可实现器件内微波的全反射及器件外微波的全吸收，大幅降低了器件的制造成本；

易于设计、加工和制造，可大规模产业化，适用于具有机械振动、宽温工作等环境中微波器件的研制和生产，在现代电子通信系统中具有重要运用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中微波器件的结构示意图；

图2为本发明实施例1中微波器件的结构示意图；

图3为本发明实施例1中微波器件传输30GHz微波的模拟图；

图4为本发明实施例2中微波器件的结构示意图；

图5为本发明实施例2中微波器件传输5GHz微波的模拟图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种全反射微波器件，该全反射微波器件包括介质层及位于介质层全部或部分表面的若干亚波长结构层，亚波长结构层包括若干呈阵列周期状分布的微结构，亚波长结构层用于对介质层内的微波进行全反射限制和/或对介质层外的微波进行吸收。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

参图2所示，本实施例中的全反射微波器件包括介质层10及位于介质层表面的亚波长结构层20，亚波长结构层20包括若干呈阵列周期状分布的微结构21，亚波长结构层20用于对介质层内的微波进行全反射限制、以及对介质层外的微波进行吸收。

本实施例中的微波器件通过模具成型工艺制备而得。

具体地，本实施例中的介质层10和亚波长结构层20均采用陶瓷材料，且陶瓷材料的介电常数ε＝20。

亚波长结构层20包括若干呈阵列周期状分布的金字塔状微结构，金字塔状微结构垂直分布于介质层10表面上，本实施例中金字塔状微结构底部为正方形，边长a＝2mm，金字塔状微结构的尺寸(高度)h＝8mm。

本实施例中通过频率为30GHz的微波进行模拟，参图3所示，可以发现，本实施例中的微波器件内部能够实现对30GHz微波的全反射，外部能够实现对30GHz微波的全吸收。

实施例2：

参图4所示，本实施例中的全反射微波器件包括介质层10及位于介质层表面的亚波长结构层20，亚波长结构层20包括若干呈阵列周期状分布的微结构21，亚波长结构层20用于对介质层内的微波进行全反射限制、以及对介质层外的微波进行吸收。

本实施例中的微波器件通过在介质层表面机加工形成亚波长结构层制备而得。

具体地，本实施例中的介质层10和亚波长结构层20均采用陶瓷材料，且陶瓷材料的介电常数ε＝12。

亚波长结构层20包括若干呈阵列周期状分布的圆柱状微结构，圆柱状微结构平行分布于介质层10表面上，本实施例中微结构的周期长度a为0.4λ～0.6λ(λ为微波波长)，圆柱状微结构的尺寸(半径)为0.1λ～0.2λ。

具体地，本实施例中以频率5GHz的微波为进行说明，微波波长λ＝60mm，周期a为30mm，圆柱状微结构半径r为6mm。

参图5所示，可以发现，本实施例中的微波器件内部能够实现对5GHz微波的全反射，外部能够实现对5GHz微波的全吸收。

应当理解的是，上述实施例中介质层和亚波长结构层均以陶瓷材料为例进行说明，但在其他实施例中，两者也可以采用不同的材料，只需通过选择合适介电常数的材料，从而实现器件内微波的全反射及器件外微波的全吸收的技术方案均属于本发明所保护的范围。

本发明中介质层和亚波长结构层的介电常数为5～100，考虑到减小微波器件(如陶瓷滤波器)的尺寸，介电常数大于或等于20时尤佳，但介于介电常数越大的材料越难加工和设计，且吸收损耗往往也较大，因此介电常数优选地不高于80。

另外，上述实施例中以两种具体的亚波长结构层为例进行说明，在其他实施例中亚波长结构层也可以设置为多层，如在介质层表面依次设置实施例2和1中的亚波长结构层，通过两层亚波长结构层的设计可以进一步保证器件内微波的全反射及器件外微波的全吸收。

进一步地，本发明亚波长结构层中的微结构也可以为其他规则或不规则形状，实现器件内微波的全反射及器件外微波的全吸收的亚波长结构层均属于本发明所保护的范围，此处不再一一进行赘述。

为了实现本发明的目的，需选取亚波长结构层材料的介电常数(5～10，优选20～80)，另外，亚波长结构层中微结构的周期长度也需要针对设计，微结构的周期长度a与微波的波长wavelength之比a/wavelength为0.01～1，优选为0.05～0.5，介电常数越大，a/wavelength往往会越小。

本发明的微波器件适用于频率范围为1GH～500GHz的微波传输，适用于5G甚至4G微波的传输。

由上述实施例可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明的微波器件无需在微波器件表面镀覆金属层，即可实现器件内微波的全反射及器件外微波的全吸收，大幅降低了器件的制造成本；

易于设计、加工和制造，可大规模产业化，适用于具有机械振动、宽温工作等环境中微波器件的研制和生产，在现代电子通信系统中具有重要运用价值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。