基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器，包括第一导通块和第二导通块；第一导通块为下端面开口的空心等腰梯形块；第二导通块为两端开口的空心长方体，其一个侧面的中心设有和第一导通块下端面形状相同的通孔；通孔上周期性的设有若干和第一导通块开口处端面平行的金属条；第一导通块下端面的四边和通孔的四边无缝固连，第二导通块的一个开口端面作为导波信号的输入端、另一个开口端面作为输出端。工作时，将波导信号从TE10模式转换成等效表面等离子激元，在等离子波导内以束缚态高效快速传输后，再次转换成TE10模式输出。本实用新型专利技术尺寸小、结构简单、方便集成且应用广泛，在宽带内支持等效表面等离激元的高效传输。

Broadband Bandpass Filter Based on Equivalent Surface Plasmon

The utility model discloses a broadband band-pass filter based on equivalent surface plasmon, which comprises a first conduction block and a second conduction block; a hollow isosceles trapezoidal block with an opening at the lower end; and a hollow cuboid with an opening at both ends, and a center at one side and a lower end of the first conduction block. The through holes with the same surface shape are periodically provided with several metal strips parallel to the end face of the opening of the first conducting block; the four sides of the lower end face of the first conducting block are seamlessly connected with the four sides of the through hole; one open end face of the second conducting block acts as the input end of the guided wave signal and the other open end face acts as the output end. When working, the waveguide signal is converted from TE10 mode to equivalent surface plasmon. After fast and efficient transmission in the bound state in the plasma waveguide, the waveguide signal is converted to TE10 mode output again. The utility model has the advantages of small size, simple structure, convenient integration and wide application, and supports efficient transmission of equivalent surface plasmon in broadband.

【技术实现步骤摘要】
基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器
本技术涉及导波结构
，尤其涉及一种基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器。
技术介绍
表面等离子激元(SurfacePlasmonPolaritons,简称SPPs)是金属表面自由电子和入射光子相互耦合形成的一种非辐射电磁模式，它是局域在金属和介质界面传播的一种电磁波。当电磁波入射到金属与介质交界面时,在其交界面会产生表面电磁波振荡,其振幅在界面上最强,离开界面后在金属和介质内呈指数衰减。SPPs对电磁场的高度束缚特性使其可突破衍射极限，实现电磁场的亚波长约束，同时可在纳米尺度上实现电磁能量的局域汇聚放大。为了在低频段(微波或太赫兹波段)实现类似于光波段的SPPs现象并利用其优越性能设计低频段的等离子超材料器件，2004年，Pendry等人提出一种金属人工表面和人工表面等离子激元(SpoofSurfacePlasmonPolaritons,简称SSPPs)的概念。在微波或太赫兹波段，金属一般被视为理想导体，光滑的金属表面是完全不能传输SPPs的，然而，在金属表面刻蚀周期性分布的孔洞后，其表面可以传播类似光波段SPPs的电磁模式，从而等效地降低了金属表层的等离子频率，首次解决了低频段SPPs无法产生的关键性难题。2016年，宾西法利亚大学的Engheta教授等人提出等效表面等离子激元(EffectiveSurfacePlasmonPolaritons,简称ESPPs)的概念，在金属波导中，如平行板波导、矩形波导、圆波导等，能在低频段实现一种结构色散诱导的ESPPs。光波段产生的SPPs源于金属在光波段表现出负介电常数，金属和空气分界面两边介电常数实部符号相反。根据等效媒质理论，金属壁波导内填充介质的等效介电常数可以通过改变波导的端口尺寸，介质的相对介电常数和工作频率来任意调控，当波导不同填充介质等效介电常数实部表现出异号时，在介质分界面上就可以发现类似于光频段SPPs的电磁模式。ESPPs概念的提出，相较于SSPPs而言，不仅消除了金属损耗对信号传输的影响，而且免去了周期结构的设计，降低了结构设计的复杂度。近几年，许多基于SSPPs的不同性能滤波器涌现出来，包括低通滤波器、带通、带阻滤波器等等。为了解决SSPPs滤波器的损耗和结构复杂度高的问题，我们利用ESPPs相较于SSPPs的优势，将ESPPs的优异特性应用到滤波器的设计中，用一种新颖的方式实现了微波滤波器的构建。ESPPs色散特性具有以下特点：ESPPs在渐进频率附近具有很强的场约束性和场增强性；一旦频率高于渐近频率，ESPPs便会截止。由于传统的矩形波导的传输特点就类似于一个高通滤波器，我们可以利用ESPPs的截止特性，设计一个新型的宽频带矩形波导带通滤波器。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中基于SSPPs的滤波器的损耗和结构复杂度高的问题，提供一种基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器，模型结构简单，显著降低滤波器的损耗和结构复杂度，实现滤波器的高效宽带滤波。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器，包括第一导通块和第二导通块；所述第一导通块为下端面开口的空心等腰梯形块，包含一个矩形的上端面、两个矩形的斜面、两个等腰梯形的侧面和一个开口的下端面；所述第二导通块为两端开口的空心长方体，包含四个侧面和两个开口端面，且第二导通块的一个侧面的中心设有和所述第一导通块下端面形状相同的通孔；所述通孔上沿所述第二导通块的伸展方向周期性的设有若干和所述第一导通块开口处端面平行的金属条；所述第一导通块置于所述第二导通块设有通孔的一面上，且第一导通块下端面的四边和所述通孔的四边无缝固连，所述第二导通块的一个开口端面作为导波信号的输入端、另一个开口端面作为输出端；所述第一导通块、第二导通块、金属条均采用具有良好电导性能的金属制成。作为本技术基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器进一步的优化方案，所述第一导通块、第二导通块、金属条均采用铜或铝制成。作为本技术基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器进一步的优化方案，所述第二导通块两个开口端面中和第一导通块上端面、斜面之间交界线平行的边的长度a为22.86mm，第二导通块中设置通孔得侧面和其平行的侧面之间的距离b为10.16mm；所述金属条的宽度d＝a/100，所述通孔上金属条周期性的距离p＝a/20；所述第一导通块、第二导通块的壁厚t均为0.5mm。本技术还公开了一种基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器的工作方法，包含以下具体过程：宽带带通滤波器中，所述输入端和第一导通块靠近输入端的斜面之间部分形成第一矩形波导；所述第一导通块靠近输入端的斜面对应的部分形成第一过渡波导；所述第一导通块上端面对应的部分形成支持等效表面等离子激元的等离子波导；所述第一导通块远离输入端的斜面对应的部分形成第二过渡波导；所述输出端和第一导通块靠近输出端的斜面之间部分形成第二矩形波导；进行滤波时，所述第一矩形波导首先将输入端输入的导波信号转换成TE10模式后传递给所述第一过渡波导；所述第一过渡波导将TE10模式的导播信号转换为等效表面等离子激元后传递给所述等离子波导；所述等效表面等离子激元在所述等离子波导上以束缚态高效快速传输至所述第二过渡波导；所述第二过渡波导将等效表面等离子激元转换为TE10模式的导播信号传递给所述第二矩形波导；所述第二矩形波导将TE10模式的导播信号转换为普通波导信号后由输出端输出。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.本技术的等效表面等离子波导，可以在宽带内支持等效表面等离激元的高效传输。2.本技术具有尺寸小、结构简单、方便集成以及应用广泛的特点，等离子波导通过横向宽度不同的矩形波导组合，实现TE10模式到等效表面等离子激元的转化，可以广泛的应用于基片集成波导、圆波导，椭圆波导。3.本技术提出的等效表面等离子波导，通过改变第一导通块的横向宽度来调控第一导通块内空气的等效介电常数，使第一导通块和第二导通块内的空气的等效介电常数异号来激发等效表面等离激元，解决了介质损耗的问题，为微波段的导波结构设计提供了一个新的思路。4.本技术的等效表面等离子波导，其支持等效表面等离激元传输带宽的截止频率取决于第一导通块的横向宽度，可以通过改变第一导通块的横向宽度来任意调控其传输带宽，基于此可以设计出二倍频、三倍频带宽的宽带带通滤波器。附图说明图1为本技术等离子波导的整体模型结构示意图；图2(a)、图2(b)分别为本技术的正视图和本技术通孔处侧面的示意图；图3为本技术中等离子波导结构单元的示意图；图4(a)、图4(b)分别为图3中h变化、w变化对其色散特性的影响曲线图；图5(a)、图5(b)、图5(c)分别为图3中w＝3a/4时、w＝a/2时、w＝a/4时等离子波导的S参数效果图；图6为滤波器仿真与测试的S参数。具体实施方式下面结合附图对本技术的技术方案做进一步的详细说明：本技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本技术的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器，其特征在于，包括第一导通块和第二导通块；所述第一导通块为下端面开口的空心等腰梯形块，包含一个矩形的上端面、两个矩形的斜面、两个等腰梯形的侧面和一个开口的下端面；所述第二导通块为两端开口的空心长方体，包含四个侧面和两个开口端面，且第二导通块的一个侧面的中心设有和所述第一导通块下端面形状相同的通孔；所述通孔上沿所述第二导通块的伸展方向周期性的设有若干和所述第一导通块开口处端面平行的金属条；所述第一导通块置于所述第二导通块设有通孔的一面上，且第一导通块下端面的四边和所述通孔的四边无缝固连，所述第二导通块的一个开口端面作为导波信号的输入端、另一个开口端面作为输出端；所述第一导通块、第二导通块、金属条均采用具有良好电导性能的金属制成。

【技术特征摘要】
1.一种基于等效表面等离子激元的宽带带通滤波器，其特征在于，包括第一导通块和第二导通块；所述第一导通块为下端面开口的空心等腰梯形块，包含一个矩形的上端面、两个矩形的斜面、两个等腰梯形的侧面和一个开口的下端面；所述第二导通块为两端开口的空心长方体，包含四个侧面和两个开口端面，且第二导通块的一个侧面的中心设有和所述第一导通块下端面形状相同的通孔；所述通孔上沿所述第二导通块的伸展方向周期性的设有若干和所述第一导通块开口处端面平行的金属条；所述第一导通块置于所述第二导通块设有通孔的一面上，且第一导通块下端面的四边和所述通孔的四边无缝固连，所述第二导通块的一个开口端面作为导波信号的输入端、...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宽，李茁，宋佳佳，董晓航，徐佰杰，季玉雷，陶满，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32