[发明专利]一种基于人工表面等离激元的双波段带阻滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及带阻滤波器，特别是一种结构简单、便于实现的人工表面等离激元双波段带阻滤波器，属于微波技术领域，可应用于微波电路中的信号滤波。

背景技术

带阻滤波器在通信及信号处理系统中起着极其重要的作用，用来过滤不需要频率的电磁波或抑制干扰信号，是微波毫米波电路和通讯系统中不可缺少的功能器件。微波系统大多使用波导、同轴线、带状线、微带线、槽线、共面波导等作为传输线媒质，相应的各类滤波器也是基于这些传统的传输线媒质。

利用结构化金属表面把电磁波强束缚在导体表面的早期工作可以追溯到上世纪五、六十年代，研究人员利用皱褶的金属表面在微波段实现电磁表面波的传输。2005年，英国帝国理工大学的John B.Pendry教授及其合作者首次提出了人工表面等离激元的概念，指出二维周期挖孔的结构化金属表面具有与光波段金属结构表面等离激元相似的色散特性，能够把电磁波约束在金属/介质界面远小于波长的范围内传输。这种结构化金属表面的等效等离子体频率仅与表面结构的几何参数有关，可以拓展到远红外、太赫兹和微波波段。继John B.Pendry的工作之后，英国埃克塞特大学的A.P.Hibbins等和巴斯大学的C.R.Williams等人先后在微波和太赫兹波段实验验证了人工表面等离激元的存在。通过改变金属表面的结构参数来人为控制人工表面等离子体频率，使其延伸到太赫兹和微波段，实现对太赫兹波和微波的强束缚，为在低频段(远红外、太赫兹、微波波段)金属表面上实现亚波长波的传输和局域开辟了一条有效途径。本专利申请人在分析了厚度对周期开槽结构色散特性的影响之后，提出了柔性、可共形的人工表面等离激元的概念，理论分析和实验验证了人工表面等离激元在超薄结构金属条上的传输。这种亚波长结构表现出非常优异的导播特性，能实现电磁波沿平面、弯曲、螺旋等不规则表面的传输，具有非常好的应用前景。周期性光栅结构金属条支持人工表面等离激元的高效传输，在信号传输和通信技术等领域有重要应用。基于这种周期性光栅导波结构，我们提出了一种人工表面等离激元带阻滤波器设计。

发明内容

发明目的：提出一种人工表面等离激元带阻滤波器，基于人工表面等离激元特有的传输特性，通过引入特定尺寸的开口谐振环，实现不同频段的双波段带阻滤波。

技术方案：一种基于人工表面等离激元的双波段带阻滤波器，包括介质基板和两端的端口，其特征在于，包括周期性直金属光栅、两个相同的金属开口谐振环、共面波导和耦合结构；

所述周期性直金属光栅两端分别连接耦合结构和共面波导；两个相同的金属开口谐振环与周期性直金属光栅组合；所述共面波导为导波传输结构；所述耦合结构为耦合器，耦合结构由渐变非周期性直金属光栅和弧线形状的金属导体组成；所述周期性直金属光栅为人工表面等离激元传输器。两个相同的金属开口谐振环以相同的形式印制在介质基板反面；所述周期性直金属光栅两端顺序连接所述耦合结构和共面波导，印制在介质基板正面；

周期性直金属光栅为人工表面等离激元传输器；该人工表面等离激元传输器由周期性排列的金属单元组成；所述金属单元为金属薄膜；所述金属单元的形状为矩形，每个金属单元的长度和宽度均相同；所述金属单元上均设置有垂直于人工表面等离激元传输器长度方向的凹槽；所述凹槽位于人工表面等离激元传输器的同侧，凹槽的宽度和深度均相同。

进一步的，两个相同的金属开口谐振环是方形开口环，并且方形开口环的开口与直金属光栅凹槽开口相对放置，方形开口环开口底边与凹槽底边和凹槽两侧边的间隙相同。通过控制直金属光栅结构的表面凹槽深度、宽度和周期性来改变金属表面的色散曲线，设计满足工作频段的金属光栅结构。

进一步的，耦合结构实现了由传统共面波导到由单导线光栅结构的高效匹配，实现了导波到等离子激元之间的高效转换和传输。

进一步的，金属开口谐振环为亚波长结构，两谐振环中心间距为三以上整数倍的金属单元长度，以削弱两谐振环之间的相互干扰。

进一步的，通过调节开口谐振环结构的尺寸，实现不同频率的双波段带阻特性。

进一步的，所述周期性金属光栅波导为单边开有周期性光栅结构的金属结构，支持人工表面等离激元的高效传输。

进一步的，所述共面波导为传统双导线结构，中间导体与两侧导体间距不相等，支持导波模式，便于与传统集成电路匹配集成。

进一步的，双波段带阻滤波器以印刷电路板的方式制作在介质基板上，其中介质基板的另一面为不覆铜的光板。

有益效果：

(1)本发明的双波段带阻滤波器可以在单面电路上加工，甚至超薄结构的柔性电路板上加工；