[发明专利]一种基于人工表面等离激元的高效宽带带通滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种带通滤波器，特别是一种基于人工表面等离激元的高效宽带带通滤波器。

背景技术

表面等离激元是指在金属和电介质界面处电磁波与金属中的自由电子耦合产生的集体共振效应，其表现为一种沿着导体和介质分界面传播的表面波。只有在金属的表面等离子体频率附近的频率范围内，才能够有效激发表面等离激元，并把电磁场强局域在金属和介质分界面亚波长尺度的区域内。由于金属的等离子体频率一般都处于紫外波段，对于表面等离激元也主要局限于近红外和光波段。金属在低频段的介电常数非常大，电磁波的趋肤深度非常小，金属近似于理想导体，使得电磁表面波在金属表面的场约束非常弱。人工结构化金属表面能够使电磁波束缚在其表面，构成与表面等离激元模式相类似的表面波，称为人工表面等离激元。通过改变金属表面的结构参数来调控人工表面等离激元的频率，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（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。

基于这种周期性光栅导波结构，我们提出了基于人工表面等离激元的高效宽带带通滤波器的设计。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于人工表面等离激元的高

效宽带带通滤波器，实现高效宽带带通的目的。

本发明是以如下技术方案实现的：一种基于人工表面等离激元的高效宽带带通滤波器，包括介质基板，在介质基板的正面设置有包括断开两次的周期性直金属光栅、两个相同的单边褶皱带线、共面波导和耦合结构；所述断开两次的周期性直金属光栅两端依次连接耦合结构和共面波导；所述断开两次的周期性直金属光栅为人工表面等离激元传输器，人工表面等离激元传输器表面具有尺寸相同、周期一致的凹槽；单边褶皱带线的表面具有周期排列的凹槽；单边褶皱带线上凹槽的尺寸与人工表面等离激元传输器表面的凹槽尺寸相同；两个相同单边褶皱带线与断开两次的直金属光栅凹槽开口相对放置；两个相同的单边褶皱带线与断开两次的周期性金属光栅组合，构成高效宽带带通结构；所述的共面波导为导波传输结构，设置在介质基板的两端；所述耦合结构为耦合器。

本发明的有益效果是：（1）采取周期性金属光栅与单边褶皱带线结合，便可实现在微波段的宽带带通滤波；

（2）结构简单，制作方便，周期性金属光栅结构具有对电磁场的强束缚，从而使得电磁波沿平面、弯曲、螺旋等不规则表面的传输；

（3）周期性金属光栅与单边褶皱带结合的结构具有较小尺寸和柔性，能够被运用到具有紧凑的尺寸和特殊功能的微波集成电路中；

（4）金属光栅的宽度、金属光栅的凹槽深度、金属光栅的周期作为基本参数，改变基本参数，即可改变微波的色散曲线，设计满足工作频段的金属光栅结构，可运用到微波、毫米波及太赫兹频段；

（5）相比传统的滤波器结构更加紧凑，而且结构简单，具有柔性，更易于与集成到微波集成电路中。

附图说明

图1是本发明基于人工表面等离激元的高效宽带带通滤波器的结构示意图；

图2是单个凹槽的结构示意图；

图3 是单边褶皱带和周期性金属光栅的位置关系示意图；

图4 是本发明的高效宽带带通滤波器的仿真曲线；

图5 是本发明的高效宽带带通滤波器的场图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种基于人工表面等离激元的高效宽带带通滤波器有一介质基板5，在介质基板5的正面设置有包括断开两次的周期性直金属光栅1、两个相同的单边褶皱带线2、共面波导3和耦合结构4；所述断开两次的周期性直金属光栅1两端依次连接耦合结构4和共面波导3。

断开两次的周期性直金属光栅1为人工表面等离激元传输器，人工表面等离激元传输器表面具有尺寸相同、周期一致的凹槽；单边褶皱带线2的表面具有周期排列的凹槽；直金属光栅结构可以弯折、折叠、缠绕、扭曲或者包裹在平滑或不平滑表面上来控制共形表面等离激元的传输。

单边褶皱带线是一种印制在介质基板同一平面上的金属结构，单元结构的长度、高度尺寸小于工作波长，厚度远远小于工作波长，可以将表面波传输束缚在金属带周围的深度亚波长尺寸范围中，实现能量的高效传输。单边褶皱带线2上凹槽的尺寸与人工表面等离激元传输器表面的凹槽尺寸相同；两个相同单边褶皱带线2与断开两次的直金属光栅凹槽开口相对放置；两个相同的单边褶皱带线2与断开两次的周期性金属光栅1组合，构成高效宽带带通结构。