一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器，包括三层结构，其中顶层包括谐振器和微带馈电结构，中间层为介质层，底层为金属地，所述微带馈电结构对称分布在谐振器两端，所述谐振器由末端连接在金属圆环上的周期性齿状阵列形成，所述周期性齿状阵列由若干齿状金属条带组成，所述金属圆环上开设有一个开口，所述开口设置在金属圆环上位于齿状金属条带的相互间隔区域部分上，所述开口用以改变原有的驻波谐振模式。本发明专利技术通过在金属圆环上增加开口结构，通过改变开口位置，可以激励或抑制特定的谐振模式，实现不同的驻波谐振效果和带通滤波特性，从而提升了滤波器的使用效果。

A Reconfigurable Filter Based on Open-loop Artificial Local Surface Plasmon

【技术实现步骤摘要】
一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器
本专利技术涉及新型人工电磁媒质与微波
，具体涉及一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器。
技术介绍
表面等离激元可以在金属/介质交界面处将电磁波有效地局域在很小的亚波长范围内。根据传播特性的不同，表面等离激元可以分为在金属/介质交界面上传播的表面等离极化激元和局域在金属颗粒附近的局域表面等离激元两种。其中表面等离极化激元能够将电磁波有效局域在亚波长范围内进行远距离传输；而局域表面等离激元对电磁波会产生吸收和散射响应。金属能在近红外和光波频段呈现出等离子体的性质，使得金属表面存在表面等离激元。而在微波、太赫兹等波段，金属近似于完美导体，使其对电磁波的束缚非常弱，无法形成表面等离激元波。为了实现微波频段的表面等离激元，早期的学者们提出了褶皱表面、一维金属凹槽和二维周期孔阵列等结构，证实了可以支持类似于光频段表面等离激元特性的表面波，由此产生了人工表面等离激元的概念，开启了新型人工电磁媒质的新纪元。自此，国内外对可以支持人工表面等离激元的新型金属结构化表面进行了广泛研究，提出了如周期刻槽形、螺旋形槽、梯形槽等结构，并对其传播、辐射、馈电、耦合原理等进行了深入探讨。在人工表面等离激元研究日益进步的同时，人工局域表面等离激元谐振器对电磁波的吸收、散射和场增强效应也引起了研究人员的极大兴趣。2014年崔铁军教授课题组提出了超薄人工局域表面等离激元谐振结构。同年，崔铁军教授和Pendry爵士、Garcia-Vidal教授在螺旋形、弯折形开槽的谐振器中发现了人工局域表面等离激元磁谐振。2017年，周永金教授设计了一种双向开槽的谐振器，可以抑制奇次模的产生，并基于此设计了一种可电调的带通滤波器。逐步深入的研究发现，微波频段的人工局域表面等离激元，具有光波段局域表面等离激元所不具备的特性，如高阶特性、垂直传输特性等。现有的基于人工局域表面等离激元谐振器的滤波器多是利用了向外放射形单边齿状结构，双边齿状闭合环结构，以及双边齿状双向开槽环结构。向外放射形单边齿状结构和双边齿状金属结构，尺寸不够紧凑。双向开槽的周期性双边齿状结构虽然可以抑制奇次模，实现可调滤波，但未能充分利用所有模式实现更多样性的调频。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器，通过在金属圆环上增加开口结构，能够抑制不满足匹配条件的模式的产生，同时产生传统闭合环不具备的新模式。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器，包括三层结构，其中顶层包括谐振器和微带馈电结构，中间层为介质层，底层为金属地，所述微带馈电结构对称分布在谐振器两端，所述谐振器由末端连接在金属圆环上的周期性齿状阵列形成，所述周期性齿状阵列由若干齿状金属条带组成，所述金属圆环上开设有一个开口，所述开口设置在金属圆环上位于齿状金属条带的相互间隔区域部分上，所述开口用以改变原有的驻波谐振模式。进一步地，所述周期性齿状阵列中齿状金属条带的间隔宽度沿圆周切向保持不变，沿径向均匀减小，并且向内逐渐延伸，齿状金属条带末端聚拢靠近在谐振器中心形成一个内圆凹槽。进一步地，所述微带馈电结构具有第一微带传输线和第二微带传输线，所述第一微带传输线和第二微带传输线分别为微带馈电结构的输入端和输出端，所述第一微带传输线和第二微带传输线相对于谐振器圆心成中心对称，且与金属圆环的外边缘相连接。进一步地，所述开口的切向宽度与齿状金属条带之间的凹槽的最外围宽度相等。本专利技术的核心创新点在于在金属圆环上增加开口结构，与没有开口的周期齿状闭合环谐振器相比，该开口引入了新的边界条件，使原有的谐振模式可以分裂成新的模式，从而使带通滤波器的通带数量增多。并且，通过改变开口在圆环上的位置，可以抑制和保留某些模式，也就是抑制不需要的通带，保留需要的通带，使可调灵活性更高。本专利技术中开口的位置可以根据所需带通滤波特性进行调整，只需将开口与特定的一个凹槽的槽口对齐。通过改变金属环的开口位置，可以激励或抑制特定的谐振模式，实现不同的驻波谐振效果和带通滤波特性。本专利技术在金属圆环上增加开口结构，形成开环人工局域表面等离激元结构。沿环状结构顺时针和逆时针传播的电磁波到达开放金属端口处将会反射，引入了新的边界条件，即在开放的两个金属端口处的电场z分量应为最大。该条件将抑制部分不满足该条件的模式的产生，同时产生传统闭合环不具备的新模式。不同的开口位置，也就对应着不同的模式组合，使滤波器具有不同的通带组合。本专利技术中带金属地的周期性齿状开口谐振器在电场极化方向垂直于结构表面的电磁波的激励下，将会产生多极子谐振模式。截止频率由结构本身的色散曲线决定，每一个模式对应的谐振频率由结构色散特性和圆环周长决定。因此，本专利技术中使用微带线馈电，可以使滤波器产生多个通带，且谐振具有高品质因数。本专利技术涉及的可重构滤波器谐振Q值高，谐振频率可直接通过改变齿状金属条带的长度调整，结构紧凑，易于集成。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具备如下优点：1、馈电网络简单且易于集成。本专利技术滤波器采用微带线直接馈电，弱化馈电网络复杂度，结构简单易于集成。2、结构紧凑，电尺寸更小。本专利技术滤波器是基于一种开环人工局域表面等离激元谐振器，具有亚波长特性，谐振器为周期性内聚形单边齿状谐振器，与传统的向外放射形单边齿状谐振器、双边齿状谐振器相比，内聚形单边齿状谐振器在保持局域表面等离激元特性的同时，电尺寸更小，结构更紧凑。3、谐振模式增多，滤波器的可用频带增加。与不开口的单边齿状谐振器相比，开口引入了新的边界条件，可激发新的模式，使带通滤波器的通带数量增多。4、调节频率方式简单。所使用的谐振器是内聚形单边齿状结构，可以在不增加整体尺寸的情况下，将金属条带在圆环内缩短或延长，使整体频带蓝移或红移。5、模式调节方式简单，可调范围大。只需改变开口在圆环上的位置，利用驻波谐振相位条件以及金属开放端口需满足的边界条件，就可以抑制和保留某些模式，即抑制不需要的通带，保留需要的通带，从而提升了滤波器的使用效果。附图说明图1是本专利技术滤波器结构的三维视图；图2是本专利技术滤波器结构的俯视图；图3是本专利技术中人工局域表面等离激元谐振器的单元结构色散曲线图；图4是实施例1中本专利技术滤波器的结构示意图；图5是实施例2中本专利技术滤波器的结构示意图；图6是实施例3中本专利技术滤波器的结构示意图；图7是传统不开环谐振器构成的滤波器的结构示意图；图8是传统不开环谐振器构成的滤波器的散射参数仿真结果图；图9是传统不开环谐振器构成的滤波器在各谐振频点的近场仿真图；图10是实施例1中本专利技术滤波器的散射参数仿真结果图；图11是实施例1中本专利技术滤波器的在各谐振频点的近场仿真图；图12是实施例2中本专利技术滤波器的散射参数仿真结果图；图13是实施例2中本专利技术滤波器的在各谐振频点的近场仿真图；图14是实施例3中本专利技术滤波器的散射参数仿真结果图；图15是实施例3中本专利技术滤波器的在各谐振频点的近场仿真图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术。如图1和图2所示，本专利技术提供一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器，包括三层结构，其中顶层为金属化结构包括谐振器和微带馈电结构，中间层为介质基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器，包括三层结构，其中顶层包括谐振器和微带馈电结构，中间层为介质层，底层为金属地，所述微带馈电结构对称分布在谐振器两端，所述谐振器由末端连接在金属圆环上的周期性齿状阵列形成，所述周期性齿状阵列由若干齿状金属条带组成，其特征在于：所述金属圆环上开设有一个开口，所述开口设置在金属圆环上位于齿状金属条带的相互间隔区域部分上，所述开口用以改变原有的驻波谐振模式。

【技术特征摘要】
1.一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器，包括三层结构，其中顶层包括谐振器和微带馈电结构，中间层为介质层，底层为金属地，所述微带馈电结构对称分布在谐振器两端，所述谐振器由末端连接在金属圆环上的周期性齿状阵列形成，所述周期性齿状阵列由若干齿状金属条带组成，其特征在于：所述金属圆环上开设有一个开口，所述开口设置在金属圆环上位于齿状金属条带的相互间隔区域部分上，所述开口用以改变原有的驻波谐振模式。2.根据权利要求1所述的一种基于开环人工局域表面等离激元的可重构滤波器，其特征在于：所述周期性齿状阵列中齿状金属条带的间隔宽度沿圆周切...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈娜，沈一竹，胡三明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32