[發明專利]一種基于超材料的可調諧太赫茲濾波器

在審

• 申請號: 201710145289.X
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106935946A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 文岐業;涂翔宇;曹化祥;陳智;程強;楊青慧;張懷武
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P1/212
• 分類號: H01P1/212;H01P1/20
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 甘茂

技術領域

本發明屬于電磁功能器件技術領域，具體涉及一種基于超材料的可調諧太赫茲濾波器。

背景技術

太赫茲波(terahertz wave)是指頻率從0.1THz到10THz(THz，1THz＝10¹²Hz)，波長介于毫米波與紅外光之間的電磁波。太赫茲波所在的頻率位置正好位于宏觀經典理論向微觀量子理論的過度區域，是最后一個人類還沒有完全利用的波段，對于該波段的研究是21世紀科學研究最前沿的領域之一。在最近幾十年時間里，關于太赫茲波的研究日新月異，使其在短距離無線通信、衛星通信、醫學成像、射電天文和遙感雷達等領域具有廣闊的應用前景。特別是近些年來，對太赫茲波的傳輸特性和傳輸器件方面的研究得到了廣泛的關注，太赫茲波導，太赫茲天線，太赫茲波調制器和開關等太赫茲器件取得了不俗的發展，推動了太赫茲相關系統的搭建和應用。因此，太赫茲技術具有非常巨大的發展潛力與應用前景。但是，目前太赫茲技術的發展主要受制于自然界固有材料對太赫茲波的電磁響應很弱，不能產生有效的太赫茲波段的電磁輻射，以及無法對太赫茲波進行有效的檢測，這都極大的影響了太赫茲器件的發展。如何高效的產生和檢測太赫茲波就成為了解決問題的關鍵。而超材料的出現正好成為解決這一難題的有效方法之一。

超材料(Metamaterial)，又稱特異材料，是一種由亞波長人工單元按照一定規律排列所構成的人工電磁煤質。其中由于人工單元的尺寸遠小于工作波長，因此相對于工作波長而言是一種性能均勻的材料。超材料的優點在于可以通過調節人工單元的結構、尺寸和分布形式來控制材料的電磁屬性，從而獲得多種新穎的特性。例如利用超材料可以制備左手材料，完美透鏡以及光波段的隱身衣等。而這些特性，是自然物質沒有或者很難實現的。組成超材料最常用的人工單元包括有限長線條(Cut Wires)和開口環共振器(Split Ring Resonator,SRR)等。

2013年南京大學梁蘭菊等人在《Propagation characteristic of THz wave in ring resonat ormulti-layer metamaterials》中提出利用Metamaterial設計了一種五層式的電磁波濾波器，該濾波器具有良好的電磁波濾波效果，其中心頻率介于0.3-3THz之間；3dB帶寬≥10％；帶內傳輸系數≥85％；帶外抑制≤-15dB，但該太赫茲濾波器，帶寬較寬，帶外抑制較弱，選擇性較差。然而目前日益復雜的電磁應用環境需要帶寬較窄，帶外抑制較強，選擇性較好的濾波器；基于此，本發明提供一種基于超材料的可調諧太赫茲波濾波器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于超材料的可調諧太赫茲濾波器，用以獲得較窄的帶寬、良好的選擇性、損耗低、較強的帶外抑制和帶內透射，同時可調諧。該濾波器可實現中心頻率介于0.3-3THz之間，3dB帶寬≥15％，帶內傳輸系數≥80％，帶外抑制≤-25dB；在保持制備工藝穩定性的情況下擴大太赫茲波濾波器適用性，使該濾波器能夠適用于太赫茲無線通信，太赫茲成像等系統中。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于超材料的可調諧太赫茲濾波器，其特征在于，所述太赫茲波濾波器采用4層復合結構，包括從下往上依次層疊的高阻硅襯底層、第一聚酰亞胺支撐層、第一超材料層、第二聚酰亞胺支撐層、第二超材料層、第三聚酰亞胺支撐層、第三超材料層與第四聚酰亞胺支撐層；所述第一超材料層、第二超材料層與第三超材料層結構相同，均由若干個金屬人工結構單元周期性排列構成，所述金屬人工結構單元呈正方形。

進一步的，所述金屬人工結構單元的邊長為50～55um、邊框寬度為3～5um，相鄰金屬人工結構單元間距為30～35um。

所述第一超材料層、第二超材料層與第三超材料層均為Au層，厚度為0.2～0.3um。

所述四層聚酰亞胺支撐層均為連續PI膠薄膜，其厚度為45～50um，它是通過二酐與二胺在低溫下聚合反應合成，生成聚酰胺酸，在高溫下脫水固化后生成。

所述高阻硅襯底層的厚度為40～45um，其電阻率大于1000Ω·cm。

從工作原理上講：