基于马赫曾德尔干涉仪人工表面等离子体滤波器制造技术

本实用新型专利技术设计一种基于马赫曾德尔干涉仪人工表面等离子体滤波器，其结构为将金属薄层附着在介质基板FR‑4上，利用激光雕刻机对金属薄层进行装饰，即雕刻周期阵列的槽型结构，并设计MZI结构。本实用新型专利技术的工作频率为0～15GHz为微波工作频段。利用MZI的干涉原理，设计了3个干涉相消的频率点分别为：8.65、10.5和12GHz。本实用新型专利技术为平面结构，结构简单紧凑，体积小，易于集成，控制简单且适用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种滤波器，具体涉及的是一种基于马赫曾德尔干涉仪人工表面等离子体滤波器，属于微波无线通信

技术介绍
表面等离子体激元(SurfacePlasmonPolarition，SPPs)是指金属与介质(通常是空气)交界面上的一种电子和光子的混合激发态，SPPs是一种可以像波一样传播的表面波。SPPs的场幅度在界面上有最大值，并在金属与界面内呈指数衰减，因此，SPPS是一种表面波，他的电磁场被约束在金属与介质面的附近范围内，但金属的等离子频率一般都在紫外波段，所以金属在微波段表现为近似理想导体（PEC）。因此，尽管金属表面原则上能够传播SPPs，但是其场在介质内的约束很差。因此国内外的科研工作者提出了一种金属人工表面和人工SPPs的概念，在金属表面挖周期分布的孔洞，以增强电磁波的渗透作用，因此金属表面不仅可以传播SPPs，还可以实现场的波长约束。在众多滤波器中，马赫曾德尔干涉仪型的滤波器因其结构简单等优势，在微波通信金属领域备受关注。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本技术目的是在于提供基于马赫曾德尔干涉仪的人工表面等离子体滤波器。为实现上述目的，本技术通过如下技术方案实现：本技术包括金属膜层铜以及介质基板FR-4。其结构为：将金属铜附着在介质基板FR-4上，并用激光雕刻机对金属表面进行装饰，即雕刻一维周期阵列的槽。本技术结构非常简单并且紧凑。附图说明下面结合附图和具体实施方案来详细说明本技术：图1为本技术的结构示意图；图2为本技术中图1中的区域Ⅰ共面波导结构示意图；图3为本技术中图1中的区域Ⅱ梯形槽和扩口接地面结构示意图；图4为本技术中图1中的区域ⅢMZI结构示意图；图5为本技术中图1中的周期阵列金属槽的结构示意图。图6为本技术色散曲线图。图7为本技术S曲线特性图。图1中标号：介质基板（1）、金属铜薄膜（2）。本技术有3个部分组成，分别为：区域Ⅰ共面波导、区域Ⅱ梯形槽和扩口接地面和区域ⅢMZI结构，长度分别为：l1、l2和l3。图2中的尺寸为：共面波导导线两边缝隙g=0.33mm，共面波导中间导线宽度为2w，其中w=3.4mm，接地带尺寸w0=20mm。图3中的尺寸为：到为梯形槽的槽深深度，分别为：h1=0.2mm，h2=0.4mm，h3=0.6mm，h4=0.8mm，h5=1.0mm，h6=1.2mm，h7=1.4mm，h8=1.6mm，h9=1.8mm， h10-=2.0mm， h11=2.2mm，h12=2.4mm， 为扩口接地面曲线的起点坐标为（10，3.73），为扩口接地面曲线的起点坐标为（50，23.73），曲线为，其中，。图4中的尺寸为：上下两条干涉臂之间的夹角，上干涉臂的长度尺寸：l4为槽周期d的6倍，l5为槽周期d的10倍，下干涉臂的外环半径R=11mm。图5中的尺寸：槽深h=2.4mm，槽周期d=2.5mm，槽宽a=1mm，长w=3.4mm。图6中的标号为： 1是光线的色散曲线，2是人工表面等离子体的色散曲线。图7为仿真得到的S曲线图，实线为S21曲线，虚线为S11曲线。具体实施方式为使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐明本技术。具体实施：参见图1所示的基于马赫曾德尔干涉仪的人工表面等离子体滤波器的结构。滤波器的1介质基板的表面积为362.5x27.5mm，采用的材质为FR-4，厚度为0.05mm。在1介质基板上附着厚度为0.018mm的2金属铜薄膜，厚度为0.018mm。用激光雕刻机对2金属铜薄膜进行雕刻，刻一维周期阵列的槽结构。其中，槽的尺寸为图5所示。以下对本技术的工作原理进行详细的介绍：本技术最主要的就是在金属薄膜上刻周期阵列的槽。利用图2中的共面波导将空间传播的波转化为表面等离子体激元即SPPs，再利用图3梯形槽和扩口接地面实现共面波导和等离子体波导的动量以及阻抗匹配，其中，共面波导的阻抗为50Ω。本技术首先利用一维周期阵列的槽型结构的色散曲线图，得到其等截止频率，如图6所示。其中，曲线1为真空中光线的传播常数，曲线2为人工SPPs的传播常数。从图6中可得，随着传播距离的增加，人工SPPs的传播常数越来越偏离于光线的传播常数，说明，本技术设计的金属槽可以很好的将电磁波约束在金属的表面，并让电磁波沿着金属表面传播。图4为本技术设计的MZI结构，为上下两条干涉臂不等臂的情况，即干涉臂存在长度差的情况。利用MZI的干涉原理：电磁波的相位差公式：，其中为自由空间的波长，为有效折射率，为上下两条干涉臂的长度差。当时，发生频率的干涉相消。本技术设计的MZI存在，即电磁波存在相位差，并且由于的不同，干涉相消的频率也会不同。本技术的为9.56mm，因此干涉相消的频率点为8.65、10.5和12GHz。如图7所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于马赫曾德尔干涉仪人工表面等离子体滤波器，包括：介质基板(1)，金属铜薄膜(2)，其中，金属铜薄膜(2)由共面波导馈电带线、共面波导扩口接地面、梯形槽排列和马赫增德尔干涉仪结构的人工表面等离子体波导带组成，所述的共面波导馈电带线、共面波导扩口接地面、梯形槽排列以及马赫增德尔干涉仪结构的人工表面等离子体波导带印刷在介质基板表面，所述马赫增德尔干涉仪结构的人工表面等离子体波导带位于介质基板的中间地带，梯形槽排列分别位于马赫增德尔干涉仪结构的人工表面等离子体波导带的左右两端并与其紧密相连，共面波导馈电带线与梯形槽紧密连接，共面波导扩口接地面位于共面波导馈电带线的两侧，并与其有间隙。

【技术特征摘要】
1.基于马赫曾德尔干涉仪人工表面等离子体滤波器，包括：介质基板(1)，金属铜薄膜(2)，其中，金属铜薄膜(2)由共面波导馈电带线、共面波导扩口接地面、梯形槽排列和马赫增德尔干涉仪结构的人工表面等离子体波导带组成，所述的共面波导馈电带线、共面波导扩口接地面、梯形槽排列以及马赫增德尔干涉仪结构的人工表面等离子体波导带印刷在介质基板表面，所述马赫增德尔干涉仪结构的人工表面等离子体波导带位于介质基板的中间地带，梯形槽排列分别位于马赫增德尔干涉仪结构的人工表面等离子体波导带的左右两端并与其紧密相连，共面波导馈电带线与梯形槽紧密连接，共面波导扩口接地面位于共面波导馈电带线的两侧，并与其有间隙。2.根据权利要求1所述的基于马赫曾德尔干涉仪人工表面等离子体滤波器，其特征在于：介质基板(1)的尺寸为：表面积为362.5x27.5mm，厚度为0.05mm，金属铜薄膜(2)的厚度为0.018mm。3.根据权利要求1所述的基于马赫曾德尔干涉仪人工表面等离子体滤波器，其特征在于：在金属铜薄膜(2)上刻周期阵列的槽，槽的尺寸为：槽深h＝2.4mm，槽周期d＝2.5mm，槽宽a＝1mm，长w＝3.4mm。4.根据权利要求1所述的基于马赫曾德尔干涉仪人工表面等离子体滤波器，其特征在于：本实用新型共包含3个区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖丙刚，陈静，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33