[发明专利]一种基于人工表面等离子体激元的窄带抑制滤波器

说明书

本发明公开了一种基于人工表面等离子体激元的窄带抑制滤波器，涉及微波系统的设计以及微波传输技术等领域。它由一个共面波导(CPW)和一个在衬底背面带有缺陷单元的超薄周期波纹金属带组成。滤波器的中心频率和带宽可以通过缺陷单元的高度和数量进行调整。此外，还设计了一个弧形分支单元，以增加横向分支的等效高度，从而实现垂直几何尺寸的小型化。该滤波器在4.8‑6.0GHz范围内具有很强的阻带特性，传输系数小于‑35dB；在通带范围内透射系数(S₂₁)达到‑1dB以上的良好传输性能。通过后续对滤波器进行分析与加工可以使这种简单的带阻等离子体滤波器在微波频率的等离子体电路和天线中找到更多潜在的应用。

技术领域

本发明涉及涉及微波系统的设计以及微波传输技术等领域，特别是涉及一种基于人工表面等离子体激元的窄带抑制滤波器。通过后续对滤波器进行分析与加工可以使这种带阻等离子体滤波器在微波频率的等离子体电路和天线中找到更多潜在的应用。

背景技术

表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是一种可以在高频状态下沿着两种不同材质的交界面上传播的电磁波，它在亚波长范围内能将电磁波束缚在两种不同材质通常为金属与介质表面之间。在过去的研究中，由于其具有将电磁波引导和定位到亚波长尺度的显著能力，引起了越来越多的关注。与SPPs相关的独特特性在设计超小型光子电路、高分辨率成像和高灵敏度传感器方面具有广泛的发展前景，它们有望实现光子电路的小型化。但因为在微波等低频段，由于金属性质趋近于理想导体(PECs)，SPPs变得不容易被激发，因而为了使表面等离子体激元的功能能够延伸到微波频段，研究人员提出了一种在微波与太赫兹波段内能够激发出具有类似表面等离子体激元的特殊电磁波，即人工表面等离子体激元(spoofSurface Plasmon Polaritons，简称spoofSPPs或者SSPPs)。通过设计结构的阵列大小、结构参数尺寸以及周围的介质环境，可以改变SSPPs结构的频率，从而影响SSPPs的色散特性和传输性能。

最近，一种带缺口的共面波导(CPW)被研究者所提出，它将一个或多个缺陷单元引入CPW背面的板条中，以产生窄阻带或多个窄阻带。借鉴之前工作的思想，在此提出了一种基于人工表面等离子体激元的窄带抑制滤波器，它由共面波导和超薄波纹金属带组成，在衬底背面有一系列梯度缺陷分支，设计了圆弧分支单元，增加了横向分支的等效高度，实现了垂直几何尺寸的小型化。采用周期性弧形分支结构形成阻带的叠加，因此，上层板条的宽度可以设计得足够小，并且可以避免使用过渡结构。此外，通过引入几个具有梯度分支深度的缺陷，可以实现窄阻带的特性。随着单元高度的降低，截止频率相应增加，这表明几何参数可用于设计SSPPs的色散特性。该滤波器具有较强的阻带抑制能力，阻带内S₂₁小于-35dB。与现有的SSPPs滤波器相比，该滤波器采用了电弧分支单元，易于制造，具有良好的带阻特性。为了验证该滤波器的性能，最后还在微波频率下进行了实验。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于人工表面等离子体激元的窄带抑制滤波器，在基板背面的周期性金属带中引入九个缺陷单元，导致CPW与缺陷单元之间能量耦合，从而形成窄带带阻。在应用于微波数字通信等传输技术领域时，能够更好地进行滤波处理，从而提高滤波器的处理效率。

为了实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于人工表面等离子体激元的窄带抑制滤波器。其特征在于，包括：

设计出的滤波器能够运用在在更宽的工作频带范围内，其具体的工作频带覆盖了4—8GHz的常用宽带使用范围，在此频带内能够引入更多特性的阻带达到更好的动态性能。

设计出的滤波器具有多参数调节的滤波效果，相比于之前的器件本次研究设计的滤波器可以通过参数尺寸的长度，弧度，周期个数等多方面进行多方式的调节，实现通过多种方式实现阻带调控的能力。

所述的一种基于人工表面等离子体激元的窄带抑制滤波器，通过创新设计的缺陷单元实现CPW与缺陷单元之间能量耦合，达到比以往设计的结构尺寸更小，结构更新颖的优势。