一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶通濾波器，特別是一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器。
【背景技術】
[0002]表面等離激元是指在金屬和電介質界面處電磁波與金屬中的自由電子耦合產(chǎn)生的集體共振效應，其表現(xiàn)為一種沿著導體和介質分界面?zhèn)鞑サ谋砻娌āＶ挥性诮饘俚谋砻娴入x子體頻率附近的頻率范圍內，才能夠有效激發(fā)表面等離激元，并把電磁場強局域在金屬和介質分界面亞波長尺度的區(qū)域內。由于金屬的等離子體頻率一般都處于紫外波段，對于表面等離激元也主要局限于近紅外和光波段。金屬在低頻段的介電常數(shù)非常大，電磁波的趨膚深度非常小，金屬近似于理想導體，使得電磁表面波在金屬表面的場約束非常弱。人工結構化金屬表面能夠使電磁波束縛在其表面，構成與表面等離激元模式相類似的表面波，稱為人工表面等離激元。通過改變金屬表面的結構參數(shù)來調控人工表面等離激元的頻率，使其延伸到太赫茲和微波段，實現(xiàn)對太赫茲波和微波的強束縛，為在低頻段(金屬表面上實現(xiàn)亞波長波的傳輸和局域開辟了一條有效途徑。
[0003]基于這種周期性光柵導波結構，我們提出了基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器的設計。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，實現(xiàn)高效寬帶帶通的目的。
[0005]本發(fā)明是以如下技術方案實現(xiàn)的:一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，包括介質基板，在介質基板的正面設置有包括斷開兩次的周期性直金屬光柵、兩個相同的單邊褶皺帶線、共面波導和耦合結構；所述斷開兩次的周期性直金屬光柵兩端依次連接耦合結構和共面波導；所述斷開兩次的周期性直金屬光柵為人工表面等離激元傳輸器，人工表面等離激元傳輸器表面具有尺寸相同、周期一致的凹槽；單邊褶皺帶線的表面具有周期排列的凹槽；單邊褶皺帶線上凹槽的尺寸與人工表面等離激元傳輸器表面的凹槽尺寸相同；兩個相同單邊褶皺帶線與斷開兩次的直金屬光柵凹槽開口相對放置；兩個相同的單邊褶皺帶線與斷開兩次的周期性金屬光柵組合，構成高效寬帶帶通結構；所述的共面波導為導波傳輸結構，設置在介質基板的兩端；所述耦合結構為耦合器。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:(1)采取周期性金屬光柵與單邊褶皺帶線結合，便可實現(xiàn)在微波段的寬帶帶通濾波；
(2)結構簡單，制作方便，周期性金屬光柵結構具有對電磁場的強束縛，從而使得電磁波沿平面、彎曲、螺旋等不規(guī)則表面的傳輸；
(3)周期性金屬光柵與單邊褶皺帶結合的結構具有較小尺寸和柔性，能夠被運用到具有緊湊的尺寸和特殊功能的微波集成電路中； (4)金屬光柵的寬度、金屬光柵的凹槽深度、金屬光柵的周期作為基本參數(shù)，改變基本參數(shù)，即可改變微波的色散曲線，設計滿足工作頻段的金屬光柵結構，可運用到微波、毫米波及太赫茲頻段；
(5)相比傳統(tǒng)的濾波器結構更加緊湊，而且結構簡單，具有柔性，更易于與集成到微波集成電路中。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器的結構示意圖；
圖2是單個凹槽的結構示意圖；
圖3是單邊褶皺帶和周期性金屬光柵的位置關系示意圖；
圖4是本發(fā)明的高效寬帶帶通濾波器的仿真曲線；
圖5是本發(fā)明的高效寬帶帶通濾波器的場圖。
【具體實施方式】
[0008]下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0009]如圖1所示，一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器有一介質基板5，在介質基板5的正面設置有包括斷開兩次的周期性直金屬光柵1、兩個相同的單邊褶皺帶線2、共面波導3和耦合結構4 ;所述斷開兩次的周期性直金屬光柵I兩端依次連接耦合結構4和共面波導3。
[0010]斷開兩次的周期性直金屬光柵I為人工表面等離激元傳輸器，人工表面等離激元傳輸器表面具有尺寸相同、周期一致的凹槽；單邊褶皺帶線2的表面具有周期排列的凹槽；直金屬光柵結構可以彎折、折疊、纏繞、扭曲或者包裹在平滑或不平滑表面上來控制共形表面等離激元的傳輸。
[0011]單邊褶皺帶線是一種印制在介質基板同一平面上的金屬結構，單元結構的長度、高度尺寸小于工作波長，厚度遠遠小于工作波長，可以將表面波傳輸束縛在金屬帶周圍的深度亞波長尺寸范圍中，實現(xiàn)能量的高效傳輸。單邊褶皺帶線2上凹槽的尺寸與人工表面等離激元傳輸器表面的凹槽尺寸相同；兩個相同單邊褶皺帶線2與斷開兩次的直金屬光柵凹槽開口相對放置；兩個相同的單邊褶皺帶線2與斷開兩次的周期性金屬光柵I組合，構成高效寬帶帶通結構。
[0012]斷開兩次的周期性直金屬光柵I和兩個相同的單邊褶皺帶線2印制在介質基板5的正面。
共面波導3為導波傳輸結構，設置在介質基板5的兩端；耦合結構4為耦合器，用于導波和人工表面等離激元傳輸器之間相互轉換。
[0013]共面波導3、耦合結構4和斷開兩次的周期性直金屬光柵I構組成傳輸線。通過控制斷開兩次的周期性直金屬光柵I的表面凹槽深度、寬度和周期性來改變金屬表面的色散曲線，設計滿足工作頻段的金屬光柵結構。
[0014]本實施開中，人工表面等離激元傳輸器采用長方形金屬薄膜，凹槽垂直于長方形金屬薄膜的長度方向，所述凹槽位于長方形金屬薄膜的同側，支持人工表面等離激元的高效傳輸。介質基板5為f4b (聚四氟乙稀)，介電常數(shù)2.65，損耗正切0.001，板子厚度0.5mm。斷開兩次的周期性直金屬光柵I和兩個相同的單邊褶皺帶線2印制在介質基板5的正面。
[0015]如圖2所示，長方形金屬薄膜的厚度為5mm、凹槽深度4mm、凹槽寬度2mm、凹槽的周期5mm，斷開的間隙為7mm ;通過增大凹槽深度，可以降低傳輸線傳輸表面波的截止頻率。
[0016]如圖3所示單邊褶皺帶線2長度為53mm，單邊褶皺帶線2的開口底邊與長方形金屬薄膜凹槽底邊的間隙為1.8mm。
[0017]如圖1所示，耦合結構4由槽深漸變的周期性金屬光柵42以及對稱設置在周期性金屬光柵42兩側的弧線形狀的金屬導體41組成；弧線形狀的金屬導體41的弧度方向朝向周期性金屬光柵42，槽深漸變的周期性金屬光柵42兩側的弧線形狀的金屬導體41結構相同。
[0018]如圖4給出了基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器的反向傳輸系數(shù)S21。橫坐標代表頻率分量，單位為GHz，左邊縱坐標代表幅度變量，單位為dB。從圖4可以看出，本發(fā)明的高效寬帶帶通濾波器，在6.8GHz到1GHz頻率范圍內S21均大于_2dB，在此頻率范圍外基本小于-10dB，表明在此頻率范圍外，表面等離子體無法傳播，實現(xiàn)了高效帶通的功能。
[0019]如圖5，圖中給出了基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器的場圖。(a)給出了頻率為6 GHz時的場圖，屬于帶通頻段范圍外，(b)給出了頻率為8GHz時的場圖，屬于帶通頻段范圍內，(c)給出了頻率為9GHz時的場圖，屬于帶通頻段范圍內，(d)給出了頻率為12GHz時的場圖，屬于帶通頻段范圍外。該圖進一步證實了在6.8GHz到1GHz頻率范圍內可以通過，在6.8GHz到1GHz頻率范圍外不能通過，實現(xiàn)了高效帶通濾波的性能。
[0020]本發(fā)明的一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器具有結構新穎簡單、重量輕、性能穩(wěn)定、便于制作、易于和其它的平面微波毫米波電路集成等優(yōu)點，因而可以很好的應用在微波毫米波混合集成電路或者毫米波集成電路中。
[0021]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，包括介質基板(5)，其特征在于:在介質基板(5)的正面設置有包括斷開兩次的周期性直金屬光柵(1)、兩個相同的單邊褶皺帶線(2)、共面波導(3)和耦合結構(4);所述斷開兩次的周期性直金屬光柵(I)兩端依次連接耦合結構(4)和共面波導(3);所述斷開兩次的周期性直金屬光柵(I)為人工表面等離激元傳輸器，人工表面等離激元傳輸器表面具有尺寸相同、周期一致的凹槽；單邊褶皺帶線(2)的表面具有周期排列的凹槽；單邊褶皺帶線(2)上凹槽的尺寸與人工表面等離激元傳輸器表面的凹槽尺寸相同；兩個相同單邊褶皺帶線(2)與斷開兩次的直金屬光柵凹槽開口相對放置；兩個相同的單邊褶皺帶線(2)與斷開兩次的周期性金屬光柵(I)組合，構成高效寬帶帶通結構；所述的共面波導(3)為導波傳輸結構，設置在介質基板(5)的兩端；所述親合結構(4)為親合器。2.如權利要求1所述的一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述的人工表面等離激元傳輸器采用長方形金屬薄膜，凹槽垂直于長方形金屬薄膜的長度方向，所述凹槽位于長方形金屬薄膜的同側。3.如權利要求2所述的一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，其特征在于:長方形金屬薄膜的厚度為5mm、凹槽深度4mm、凹槽寬度2mm、凹槽的周期5mm，斷開的間隙為7mm。4.如權利要求3所述的一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，其特征在于:單邊裙皺帶線(2)長度為53_，單邊裙皺帶線(2)的開口底邊與長方形金屬薄膜凹槽底邊的間隙為1.8mm。5.如權利要求1所述的一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述的耦合結構(4)由槽深漸變的周期性金屬光柵(42)以及對稱設置在周期性金屬光柵(42)兩側的弧線形狀的金屬導體(41)組成；弧線形狀的金屬導體(41)的弧度方向朝向周期性金屬光柵(42)。6.如權利要求1所述的一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述的斷開兩次的周期性直金屬光柵(I)和兩個相同的單邊褶皺帶線(2)印制在介質基板(5)的正面。7.如權利要求1-6任一項所述的一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，其特征在于:介質基板(5)為f4b，介電常數(shù)2.65，損耗正切0.001，板子厚度0.5mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器，涉及一種帶通濾波器。本發(fā)明有一介質基板，在介質基板的正面設置有包括斷開兩次的周期性直金屬光柵、兩個相同的單邊褶皺帶線、共面波導和耦合結構；斷開兩次的周期性直金屬光柵兩端依次連接耦合結構和共面波導；斷開兩次的周期性直金屬光柵為人工表面等離激元傳輸器，人工表面等離激元傳輸器表面具有尺寸相同、周期一致的凹槽；單邊褶皺帶線的表面具有周期排列的凹槽；單邊褶皺帶線上凹槽的尺寸與人工表面等離激元傳輸器表面的凹槽尺寸相同；兩個相同單邊褶皺帶線與斷開兩次的直金屬光柵凹槽開口相對放置；實現(xiàn)高效寬帶帶通的目的，結構簡單，易于制作。
【IPC分類】H01P1/20
【公開號】CN105119029
【申請?zhí)枴緾N201510590977
【發(fā)明人】趙雷, 張欣, 沈曉鵬
【申請人】江蘇師范大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月16日