[發明專利]一種基于人工表面等離激元的可調帶阻濾波器

在審

• 申請號: 201510240420.1
• 申請日: 2015-05-12
• 公開（公告）號: CN104810579A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 沈曉鵬;李建東;付文悅;王昊深;李海鵬;韓奎
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種可調帶阻濾波器，特別是一種基于人工表面等離激元的可調帶阻濾波器。

背景技術

微波濾波器作為通信系統、雷達系統、測量系統中基本的器件之一，其性能會影響到整個通信系統的質量。在日益擁擠的無線頻譜資源和復雜的電磁環境下，近年來無線通信領域的一個研究熱點是如何有效利用頻譜資源。為了解決這一問題且滿足現代通訊系統對設備“靈活多變”的需要，電控技術應運而生。一般情況下，制作一個電調諧濾波器，需要將有源開關或可調器件，如PIN管、變容二極管，或其他以功能材料為基礎的元件，包括鐵電變容二極管，把它們集成在無源器件中，從而通過調控外界電壓，實現濾波頻率的變換。電調諧濾波器具有結構簡單,調諧速度快等優良特性。

利用結構化金屬表面把電磁波強束縛在導體表面的早期工作可以追溯到上世紀五、六十年代，研究人員利用皺褶的金屬表面在微波段實現電磁表面波的傳輸。2005年，英國帝國理工大學的John?B.Pendry教授及其合作者首次提出了人工表面等離激元的概念，指出二維周期挖孔的結構化金屬表面具有與光波段金屬結構表面等離激元相似的色散特性，能夠把電磁波約束在金屬/介質界面遠小于波長的范圍內傳輸。這種結構化金屬表面的等效等離子體頻率僅與表面結構的幾何參數有關，可以拓展到遠紅外、太赫茲和微波波段。繼John?B.Pendry的工作之后，英國埃克塞特大學的A.P.Hibbins等和巴斯大學的C.R.Williams等人先后在微波和太赫茲波段實驗驗證了人工表面等離激元的存在。通過改變金屬表面的結構參數來人為控制人工表面等離子體頻率，使其延伸到太赫茲和微波段，實現對太赫茲波和微波的強束縛，為在低頻段(遠紅外、太赫茲、微波波段)金屬表面上實現亞波長波的傳輸和局域開辟了一條有效途徑。基于這種周期性光柵導波結構，我們提出了一種人工表面等離激元帶阻濾波器設計。這種濾波器結構相比傳統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。

發明內容

本發明的目的是要提供一種結構簡單,調諧速度快的基于人工表面等離激元的可調帶阻濾波器

本發明的目的是這樣實現的：該可調帶阻濾波器包括：介質基板和兩端的端口；還包括周期性直金屬光柵、兩個相同的加載變容二極管的金屬開口諧振環、共面波導和耦合結構；

所述周期性直金屬光柵波導由中間向兩端分別連接耦合結構和共面波導；兩個相同的加載變容二極管的金屬開口諧振環與周期性直金屬光柵組合構成可調諧結構；所述共面波導為導波傳輸結構；所述耦合結構為耦合器，耦合結構由槽深漸變的周期性金屬光柵和弧線形狀的金屬導體組成；所述周期性直金屬光柵為槽深相同、周期一致的人工表面等離激元傳輸結構；兩個相同的加載變容二極管的金屬開口諧振環以相同的形式印制在介質基板正面；所述周期性直金屬光柵兩端順序與耦合結構和共面波導連接的結構，印制在介質基板正面；

所述的人工表面等離激元傳輸器由周期性排列的金屬單元組成；所述金屬單元為金屬薄膜；所述金屬單元的形狀為矩形，每個金屬單元的長度和寬度均相同；所述金屬單元上均設置有垂直于人工表面等離激元傳輸器長度方向的凹槽；所述凹槽位于人工表面等離激元傳輸器的同側，凹槽的寬度和深度均相同。

進一步的，兩個相同加載變容二極管的金屬環開口諧振環是方形開口環，并且方形開口環的開口與直金屬光柵凹槽開口相對放置，方形開口環開口底邊與凹槽底邊和凹槽兩側邊的間隙相同；通過控制直金屬光柵結構的表面凹槽深度、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。

進一步的，所述加載變容二極管以焊接方式加載到金屬開口諧振環構成可調諧結構；耦合結構實現了由傳統共面波導到由單導線光柵結構的高效匹配，實現了導波到等離子激元之間的高效轉換和傳輸。

進一步的，加載變容二極管的金屬開口諧振環為亞波長可調諧結構，兩諧振環中心間距為三以上整數倍的金屬單元長度，以削弱兩環之間的相互干擾。

進一步的，所述周期性金屬光柵波導為單邊開有周期性光柵結構的金屬結構，支持人工表面等離激元的高效傳輸。

進一步的，所述共面波導為雙導線結構，中間導體與兩側導體間距不相等，支持導波模式。

進一步的，通過給變容二極管加載直流偏置電壓，改變諧振環的諧振頻率，實現帶阻濾波器中心頻率可調。

進一步的，雙波段可調帶阻濾波器以印刷電路板的方式制作在介質基板上，其中介質基板的另一面為不覆銅的光板。