[發明專利]一種基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器

有效

• 申請號: 201510590977.8
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105119029B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 趙雷;張欣;沈曉鵬
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所32220
• 代理人: 晏榮府

技術領域

本發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

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生的集體共振效應，其表現為一種沿著導體和介質分界面傳播的表面波。只有在金屬的表面等離子體頻率附近的頻率范圍內，才能夠有效激發表面等離激元，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，實現對太赫茲波和微波的強束縛，為在低頻段（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，我們提出了基于人工表面等離激元的高效寬帶帶通濾波器的設計。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發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，實現高效寬帶帶通的目的。

本發明是以如下技術方案實現的：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。

本發明的有益效果是：（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，改變基本參數，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

圖1是本發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 是本發明的高效寬帶帶通濾波器的仿真曲線；

圖5 是本發明的高效寬帶帶通濾波器的場圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

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1兩端依次連接耦合結構4和共面波導3。

斷開兩次的周期性直金屬光柵1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。

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1組合，構成高效寬帶帶通結構。