一种基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器及其通讯系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器及其通讯系统。滤波器包括基底和顶层谐振结构，顶层谐振结构固定在基底上。顶层谐振结构包括呈阵列排布的多个谐振单元。每个谐振单元呈正方形，且开设四个矩形缺口，四个矩形缺口环绕对应的谐振单元的中心等间距设置。基底由柔性聚酰亚胺材料制得，谐振单元由铜制得。本实用新型专利技术的滤波器的基底采用柔性聚酰亚胺材料并为单层结构，顶层谐振结构为单一结构，能够降低滤波器设计和仿真的复杂性，同时降低制作的难度，进而降低滤波器的设计和生产成本，提高滤波器的生产效率。滤波器表现出良好的阻带特性和频率选择特性，从而能够提高滤波器的阻带特性和频率选择特性。

A terahertz double stopband filter based on single layer structure and its communication system

The utility model discloses a terahertz double stopband filter based on a single-layer structure and a communication system thereof. The filter consists of a base and a top-level resonant structure fixed on the base. The top layer resonant structure includes a plurality of resonant units arranged in an array. Each resonant unit is square, and four rectangular notches are arranged, and four rectangular notches are arranged around the center of the corresponding resonant unit with equal spacing. The substrate is made of flexible polyimide and the resonance unit is made of copper. The filter base of the utility model adopts the flexible polyimide material and is a single-layer structure, and the top resonance structure is a single structure, which can reduce the complexity of filter design and simulation, reduce the difficulty of production, further reduce the design and production cost of the filter, and improve the production efficiency of the filter. The filter shows good stopband and frequency selection characteristics, which can improve the stopband and frequency selection characteristics of the filter.

【技术实现步骤摘要】
一种基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器及其通讯系统
本技术涉及滤波器
的一种双阻带滤波器，尤其涉及一种基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，还涉及一种多频段无线通讯系统。
技术介绍
电磁超材料可对太赫兹波产生强烈的电磁响应，从而实现对太赫兹波的有效调控，因此被广泛应用于太赫兹科学与
，可实现各种新型的太赫兹功能器件。太赫兹滤波器是太赫兹通信和成像系统的重要功能部件之一，近年来，基于电磁超材料的太赫兹滤波器进展迅速，很多具体的实现结构和方法被陆续提出，极大地促进了太赫兹滤波器的发展。但是，现有的双阻带滤波器通过平面结构扩展或多层超材料结构堆叠实现频带扩展的方法，这样使得滤波器设计和仿真复杂，制作的难度大，并且阻带特性和频率选择特性也不是很好。
技术实现思路
针对现有的技术问题，本技术提供一种基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器及其通讯系统，解决了现有的双阻带滤波器设计和仿真复杂，制作的难度大的问题。本技术采用以下技术方案实现：一种基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，其包括：基底；顶层谐振结构，其固定在基底上；其中，顶层谐振结构包括呈阵列排布的多个谐振单元；每个谐振单元呈正方形，且开设四个矩形缺口；四个矩形缺口环绕对应的谐振单元的中心等间距设置；基底由柔性聚酰亚胺材料制得，谐振单元由铜制得。作为上述方案的进一步改进，基底为矩形结构，且厚度大于谐振单元的厚度。作为上述方案的进一步改进，基底为正方形结构，多个谐振单元等间距设置。进一步地，四个矩形缺口的长度方向均朝向谐振单元的中心设置。再进一步地，相对的两个矩形缺口之间的距离大于矩形缺口长度的两倍。再进一步地，相对的两个矩形缺口之间的距离为400um；在每个谐振单元中，每个矩形缺口与相邻的矩形缺口所对应谐振单元的边之间的距离为320um；每个矩形缺口的长度为160um，宽度为80um。再进一步地，基底的厚度为60um，谐振单元的厚度为18um。再进一步地，多个谐振单元排列成正方形矩阵，相邻的两个谐振单元之间的距离为1800um。作为上述方案的进一步改进，基底为圆形结构；所述太赫兹双阻带滤波器还包括：圆形外框，其与基底同轴设置；基底的边缘卡在圆形外框的内壁中。本技术还提供一种多频段无线通讯系统，其包括至少一个上述任意所述的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器。本技术的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器及其通讯系统，其具有以下有益效果：1、本技术的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，其基底采用柔性聚酰亚胺材料并为单层结构，顶层谐振结构为单一结构，能够降低滤波器设计和仿真的复杂性，同时降低制作的难度，进而降低滤波器的设计和生产成本，提高滤波器的生产效率。而且，该滤波器同时实现了电谐振和磁谐振，而且在两个谐振峰所对应的谐振频率处，这两种谐振模式是完全重合的，使得该滤波器可以对外界入射的电磁波同时产生电响应和磁响应，以进行滤波。2、当电磁波垂直入射到基于基底和顶层谐振结构的表面时，本技术的滤波器在126.32GHz和177.32GHz处分别产生了3-dB带宽为19.3GHz和9.1GHz的两个阻带，相应的品质因数分别为6.6和19.5。在阻带所对应的谐振频率处，其插入损耗可以分别达到-47.38dB和-56.69dB，表现出良好的阻带特性和频率选择特性，从而能够提高滤波器的阻带特性和频率选择特性。3、本技术通过对顶层谐振结构表面的电场和电流分布进行分析，以及对有效电磁参数进行反演计算，获取到了滤波器的电磁响应信息。当两个阻带所对应频段内的太赫兹波入射到超材料滤波器结构表面时，大部分的入射波能量被滤波器表面的顶层谐振结构存在的电磁谐振消耗掉，剩余的很小一部分入射波能量可以继续传播并穿过了基底，在这个过程中也会有一部分能量被消耗，因此，最后穿透滤波器而透射出去的能量极少，进而实现了插入损耗很大的两个阻带，实现了滤波器的双阻带特性。附图说明图1为本技术实施例1的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器的俯视图；图2为图1中的滤波器中顶层谐振结构的一个谐振单元处的俯视图；图3为图1中的滤波器的侧视图；图4为本技术实施例1的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器的传输特性仿真曲线图；图5为本技术实施例1的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器的归一化阻抗的曲线图；图6为本技术实施例1的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器的有效折射率的曲线图；图7为本技术实施例1的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器的有效介电常数的曲线图；图8为本技术实施例1的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器的有效磁导率的曲线图；图9为本技术实施例1的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器的俯视图。符号说明：1基底4矩形缺口2顶层谐振结构5圆形外框3谐振单元具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。实施例1请参阅图1、图2以及图3，本实施例提供了一种基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，其包括基底1和顶层谐振结构2。基底1由柔性聚酰亚胺材料制得，该柔性聚酰亚胺材料的相对介电常数εr为3.5。聚酰亚胺的温度使用范围可达-200到300摄氏度，使得滤波器能够使用在各种温度环境下。在本实施例中，基底1可以为矩形结构，当然，在其他一些实施例中，基底1也可以为正方形结构。基底1的长度和宽度要分别大于顶层谐振结构2的长度和宽度，可以根据实际的需要进行设定。基底1为单层结构，这样可以降低滤波器设计、仿真以及制作难度。顶层谐振结构2固定在基底1上，并且包括多个谐振单元3。多个谐振单元3呈阵列排布，而且可以排列成正方形矩阵，并且均由电导率为5.8×107S/m的铜制得。多个谐振单元3可等间距设置，即任何两个谐振单元3之间的距离是恒定的。每个谐振单元3呈正方形，且开设四个矩形缺口4。四个矩形缺口4环绕对应的谐振单元3的中心等间距设置，四个矩形缺口4的长度方向均朝向谐振单元3的中心设置。在本实施例中，基底1的厚度大于谐振单元3的厚度，而相对的两个矩形缺口4之间的距离大于矩形缺口4长度的两倍。由于顶层谐振结构2为单一结构组成，这样与基底1一样，能够降低滤波器设计和仿真的复杂性，同时降低制作的难度，进而降低滤波器的设计和生产成本，提高滤波器的生产效率。为了能够确定各个结构的最佳尺寸，本实施例采用基于有限积分法的CSTMicrowaveStudio2015电磁仿真软件的频域求解器对本实施例滤波器结构进行仿真优化，并获得了该滤波器的各个结构尺寸。其中，相对的两个矩形缺口4之间的距离L1为400um，每个矩形缺口4的长度L3为160um，宽度W1为80um。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，其包括：/n基底(1)；/n顶层谐振结构(2)，其固定在基底(1)上；/n其特征在于，顶层谐振结构(2)包括呈阵列排布的多个谐振单元(3)；每个谐振单元(3)呈正方形，且开设四个矩形缺口(4)；四个矩形缺口(4)环绕对应的谐振单元(3)的中心等间距设置；/n基底(1)由柔性聚酰亚胺材料制得，谐振单元(3)由铜制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，其包括：
基底(1)；
顶层谐振结构(2)，其固定在基底(1)上；
其特征在于，顶层谐振结构(2)包括呈阵列排布的多个谐振单元(3)；每个谐振单元(3)呈正方形，且开设四个矩形缺口(4)；四个矩形缺口(4)环绕对应的谐振单元(3)的中心等间距设置；
基底(1)由柔性聚酰亚胺材料制得，谐振单元(3)由铜制得。


2.如权利要求1所述的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，其特征在于，基底(1)为矩形结构，且厚度大于谐振单元(3)的厚度。


3.如权利要求1所述的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，其特征在于，基底(1)为正方形结构，多个谐振单元(3)等间距设置。


4.如权利要求1所述的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，其特征在于，四个矩形缺口(4)的长度方向均朝向谐振单元(3)的中心设置。


5.如权利要求4所述的基于单层结构的太赫兹双阻带滤波器，其特征在于，相对的两个矩形缺口(4)之间的距离大于矩形缺口(4)长度的两倍。

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊林，王鑫，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：新型
国别省市：内蒙;15