基于人工表面等离激元的带阻滤波器及其阻带引入方法技术

本发明专利技术公开一种基于人工表面等离激元的带阻滤波器。该结构工作在微波频段，仅在介质上层附有金属结构。该带阻滤波器由传统的共面波导馈电，通过共面波导与人工表面等离激元波导之间的过渡结构实现两种波导之间的阻抗匹配和波数匹配。本发明专利技术利用两个双边褶皱带线人工表面等离激元波导的单元结构，组成新的单元结构，每两个新单元结构中间间隔一定距离周期排列，组成新的人工表面等离激元传输线。这种传输线在传统双边带褶皱带线传输线中间引入了电容结构，可以在人工表面等离激元的传输频带内引入一个阻带，从而实现带阻滤波器的功能。

A band stop filter based on an artificial surface plasmon and a method of introducing the stopband

The invention discloses a bandstop filter based on an artificial surface plasmon. The structure works in the microwave frequency band, and only has the metal structure on the upper layer of the medium. The band stop filter is fed by a conventional coplanar waveguide, and the impedance matching and wave number matching between the two waveguides are realized by the transition structure between the coplanar waveguide and the artificial surface plasmon waveguide. The invention utilizes two plasmonic waveguide line artificial surface bilateral fold belt unit structure, unit structure of the new, every two new unit structure of middle distance from periodic arrangement, the new artificial surface plasmon transmission line. In this paper, the transmission line is introduced in the middle of the transmission line between the two folded belt, which can be used to introduce a stop band in the transmission band of the surface plasmon.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型人工电磁媒质以及无线通信系统电子器件领域，具体涉及一种基于人工表面等离激元的带阻滤波器。`
技术介绍
人工表面等离激元是为了在微波段和太赫兹波段实现表面等离激元而提出的一种表面波，因为表面等离激元原本只存在光波段，当频率降低到微波和太赫兹波段，金属将不再支持这种表面等离激元。因此人们提出了很多方法实现人工表面等离激元，比如利用金属表面层上的一维或者二维的亚波长周期结构就可以模拟光波段的表面等离激元现象。其中，很多有价值的工作都是利用亚波长的褶皱结构实现的。人工表面等离激元传输线的丰富，也进一步推动了从传统传输线到人工表面等离激元波导过渡结构的发展。过渡结构的简单化，也使得人们对于人工表面等离激元的研究越来越深入。随着人工表面等离激元的一系列理论和概念的完善，基于人工表面等离激元的功能器件也逐渐走入大家的视线。此前，已经有了很多基于人工表面等离激元的分波器、天线等结构被提出。作为重要功能器件的滤波器也已经有了很多种方式可以实现，比如利用电谐振超材料单元引入表面阻抗的失配，进而在人工表面等离激元的传输中引入阻带；还有利用传统人工表面等离激元波导的低通特性结合介质集成波导的高通特性来实现具有带通特性的滤波器，然而这两种方法都需要借助另外的结构来实现滤波特性。此外，还有一种利用人工表面等离激元传输线的自身结构实现滤波特性的方式。该方法在传统的双边带褶皱带线人工表面等离激元传输线中断开一段，由耦合的单边褶皱带线进行连接，单边褶皱带线和双边褶皱带线的耦合部分可以看作是在传输线中引入了并联电容，从而实现了带通的效果。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种基于人工表面等离激元的带阻滤波器，该结构利用传统的共面波导传输线进行馈电，通过槽深渐变的双边褶皱带线和开口的金属地结构实现了从共面波导传输线到表面等离激元波导的高效转换，将传统双边褶皱带线传输线的两个单元结构看做一个新的单元结构，并将新的单元结构间隔一定距离周期排列，形成一种新的人工表面等离激元传输线。新单元结构之间空隙的电容效应即可以在人工表面等离激元的传输频带中引入一个阻带，实现带阻滤波器的性能。从而实现人工表面等离激元在部分频率范围内截止，在其他频率范围内正常传输的功能。相比于已有的基于人工表面等离激元的滤波器结构，本专利技术具有设计简单，易于加工，体积小，无需外加结构等优点，在未来微波和太赫兹波段的等离激元集成电路和通信系统中有着重要的前景。技术方案：一种基于人工表面等离激元的带阻滤波器，包括介质基底及附在所述介质基底上层的金属结构，所述金属结构包括设置于中心部位的引入了电容结构的表面等离激元传输线部分、两个轴向对称设置于所述引入了电容结构的表面等离激元传输线部分两侧的共面波导传输线到表面等离激元波导的过渡部分、两个轴向对称设置于所述过渡部分外侧的共面波导传输线馈电部分；所述共面波导传输线馈电部分包括中心导体带线和径向分布于中心导体两侧的金属地结构；所述过渡部分由设置于中心部位的槽深渐变的双边褶皱带线和径向分布于槽深渐变的双边褶皱带线两侧的开口的金属地结构成；所述金属开口地结构由共面波导传输线馈电部分的金属地结构延伸而出，相对的两条边按指数变化逐渐远离；所述槽深渐变的双边褶皱带线由中心导体带线延伸而出，均匀间隔开设有设定宽度的凹槽，所述凹槽随着延伸长度方向逐渐加深，相邻凹槽深度差为0.28mm；所述引入了电容结构的表面等离激元传输线部分由若干个独立单元结构间隔0.8-1.2mm周期平移而成，所述独立单元结构由两个传统双边褶皱带线表面等离激元波导的单元结构组成，所有单元结构的凹槽深度相等。进一步的，每两个独立单元结构间隔1mm。进一步的，所述凹槽随着延伸长度方向逐渐加深，相邻凹槽深度差为0.28mm。进一步的，引入了电容结构的表面等离激元波导传输线人工表面等离激元波导是平面的。进一步的，所述双边褶皱带线的凹槽为矩形。进一步的，所述独立单元结构中，双边褶皱带线的凹槽宽度为2mm，深度为4mm，凹槽间距为5mm。本专利技术还提供一种基于人工表面等离激元的带阻滤波器实现的阻带引入方法，利用若干个独立单元结构之间的缝隙，在人工表面等离激元传输线中间引入了电容结构，使得原有的表面阻抗产生失配，进而在人工表面等离激元的传输频带内引入阻带。有益效果：本专利技术的一种基于人工表面等离激元的带阻滤波器，采用传统的共面波导传输线进行馈电，在传统的人工表面等离激元传输线中间引入电容结构，使得表面阻抗产生失配，进而在人工表面等离激元的传输频带内引入阻带。传统的共面波导传输线阻抗设计匹配到50欧姆，便于实现最大功率传输。所述的基于人工表面等离激元的带阻滤波器从传统共面波导传输线到表面等离激元波导的过渡采用了槽深渐变的双边褶皱带线结构和开口的金属地结构，实现两种波导之间的波数匹配和阻抗匹配，进而实现功率传输最大化。所述的基于人工表面等离激元的带阻滤波器，以两个传统的双边褶皱带线传输线的单元结构组成新的单元结构，新单元结构间隔一定距离周期排列，新单元结构之间的空隙会引起人工表面等离激元波导表面阻抗的失配，从而造成人工表面等离激元传输截止；但也是由于新单元结构之间的空隙，使得人工表面等离激元在截止以后可以通过电容的耦合效应继续传输。相比于已有的基于人工表面等离激元的滤波器，本专利技术具有设计简单，易于加工，体积小，无需外加结构等优点，在未来微波和太赫兹波段的等离激元集成电路和通信系统中有着重要的前景。附图说明图1给出了基于人工表面等离激元的带阻滤波器的示意图。图2给出了传统双边褶皱带线单元结构的色散曲线以及新单元结构的色散曲线；图3给出了本专利技术提出的人工表面等离激元传输线的电路模型；图4(a)给出了所述基于人工表面等离激元的带阻滤波器的仿真和测试的散射参数中频率与反射系数图；图4(b)给出了所述基于人工表面等离激元的带阻滤波器的仿真和测试的散射参数中频率与传输系数图；图5给出了所述基于人工表面等离激元的带阻滤波器的近场测试图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术的一种基于人工表面等离激元的带阻滤波器，采用传统共面波导传输线馈电方式，利用传输线中引入的电容效应实现带阻滤波器的特性。传统的共面波导传输线阻抗设计匹配到50欧姆，便于实现最大功率传输；所述基于人工表面等离激元的带阻滤波器从传统共面波导传输线到表面等离激元波导的过渡采用了槽深渐变的双边褶皱带线结构和开口的金属地结构，实现两种波导之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于人工表面等离激元的带阻滤波器，包括介质基底及附在所述介质基底上层的金属结构，其特征在于，所述金属结构包括设置于中心部位的引入了电容结构的表面等离激元传输线部分(3)、两个轴向对称设置于所述引入了电容结构的表面等离激元传输线部分(3)两侧的共面波导传输线到表面等离激元波导的过渡部分(2)、两个轴向对称设置于所述过渡部分(2)外侧的共面波导传输线馈电部分(1)；所述共面波导传输线馈电部分(1)包括中心导体带线(1a)和径向分布于中心导体两侧的金属地结构(1b)；所述过渡部分(2)由设置于中心部位的槽深渐变的双边褶皱带线(2a)和径向分布于槽深渐变的双边褶皱带线(2a)两侧的开口的金属地结构(2b)组成；所述金属开口地结构由共面波导传输线馈电部分的金属地结构(1b)延伸而出，相对的两条边按指数变化逐渐远离；所述槽深渐变的双边褶皱带线(2a)由中心导体带线(1a)延伸而出，均匀间隔开设有设定宽度的凹槽，所述凹槽随着延伸长度方向逐渐加深；所述引入了电容结构的表面等离激元传输线部分(3)由若干个独立单元结构间隔0.8‑1.2mm周期平移而成，所述独立单元结构由两个传统双边褶皱带线表面等离激元波导的单元结构组成，所有单元结构的凹槽深度相等。...

【技术特征摘要】
1.一种基于人工表面等离激元的带阻滤波器，包括介质基底及附在所述介质基底上层的
金属结构，其特征在于，所述金属结构包括设置于中心部位的引入了电容结构的表面等离激
元传输线部分(3)、两个轴向对称设置于所述引入了电容结构的表面等离激元传输线部分(3)
两侧的共面波导传输线到表面等离激元波导的过渡部分(2)、两个轴向对称设置于所述过渡
部分(2)外侧的共面波导传输线馈电部分(1)；
所述共面波导传输线馈电部分(1)包括中心导体带线(1a)和径向分布于中心导体两侧
的金属地结构(1b)；
所述过渡部分(2)由设置于中心部位的槽深渐变的双边褶皱带线(2a)和径向分布于槽
深渐变的双边褶皱带线(2a)两侧的开口的金属地结构(2b)组成；所述金属开口地结构由
共面波导传输线馈电部分的金属地结构(1b)延伸而出，相对的两条边按指数变化逐渐远离；
所述槽深渐变的双边褶皱带线(2a)由中心导体带线(1a)延伸而出，均匀间隔开设有设定
宽度的凹槽，所述凹槽随着延伸长度方向逐渐加深；
所述引入了电容结构的表面等离激元传输线部分(3)由若干个独立单元结构间隔
0.8-1.2mm周期平移而成，所述独立单元结构由...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔铁军，尹佳媛，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32