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CN110011007B - 基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器 - Google Patents

基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器 Download PDF

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CN110011007B CN201910212736.8A CN201910212736A CN110011007B CN 110011007 B CN110011007 B CN 110011007B CN 201910212736 A CN201910212736 A CN 201910212736A CN 110011007 B CN110011007 B CN 110011007B
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Abstract

本发明公开了基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，涉及带状线滤波器，属于基本电气元件的技术领域。该滤波器设置于一块介质基板上，介质基板仅有一面设置金属导带电路，利用人工表面等离子激元传输线作为主传输线，利用四分之一波长开路短截线作为谐振器，在输入/输出端口分别设置模式转换电路和阻抗匹配电路，实现由共面波导TEM模到人工表面等离子激元传输线TM模的模式转换及阻抗匹配功能。人工表面等离子激元传输线的辐射损耗低，不需要使用屏蔽盒体，能够在自由空间中使用，降低了生产成本且方便使用。人工表面等离子激元的慢波效应缩短了主传输线的总长度，从而减小了滤波器的总长度。另外，该滤波器具有较宽的阻带带宽。

Description

基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器
技术领域
本发明公开了基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，涉及带状线滤波器，属于基本电气元件的技术领域。
背景技术
随着人工表面等离子激元传输线的快速发展，科研工作者发现人工表面等离子激元传输线可应用于微波器件的设计及电路集成。而作为微波器件中一种重要器件的带阻滤波器具有抑制干扰信号、传输有用信号的作用。微带滤波器和腔体滤波器等现有的滤波器往往需要金属屏蔽，否则辐射损耗高，因而体积较大，成本较高，有时使用不方便。而人工表面等离子激元传输线对电磁场的束缚使得基于其实现的滤波器无需金属屏蔽或金属接地面，同时，人工表面等离子激元的慢波效应可以有效缩短带状滤波器的总长度，因此，通过人工表面等离子激元实现的滤波器日益增多，现有的基于SSPP(Spoof Surface PlasmonPolaritons，人工表面等子离激元)结构带阻滤波器存在相对带宽较窄的缺陷。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，能在自由空间使用，尺寸相对较小，增强了带宽，解决了现有的基于SSPP结构带阻滤波器相对带宽较窄的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，包括：
主传输线，由多个人工表面等离子激元构成的具有周期性结构的传输线，
多个加载在主传输线上的谐振器，每个谐振器与主传输线上人工表面等离子激元的突起相连接，每个谐振器为四分之一波长的开路短截线，相邻两个开路短截线之间的电长度小于滤波器中心频率处的90度，
与主传输线信号输入端连接的模式转换电路，转换共面波导TEM模为主传输线TM模，及，
与主传输线信号输出端连接的阻抗匹配电路，匹配主传输线输出信号和共面波导传播信号的阻抗。
作为基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器的进一步优化方案，人工表面等离子激元为梳型或鱼骨形或多米诺结构。
作为基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器的进一步优化方案，四分之一波长的开路短截线为单面结构的金属带条。
作为基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器的进一步优化方案，四分之一波长的开路短截线为折叠后具有相同长度的水平部分和垂直部分的开路短截线。
作为基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器的进一步优化方案，模式转换电路和阻抗匹配电路结构相同，均包括沟槽深度渐变的人工表面等离子激元构成的传输线及对称分布于该传输线两侧的扇形结构波导。
作为基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器的进一步优化方案，模式转换电路中，人工表面等离子激元沟槽的深度沿着信号传播方向递增。
作为基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器再进一步的优化方案，阻抗匹配电路中，人工表面等离子激元沟槽的深度沿着信号传播方向递减。
基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器通过激光刻蚀介质基板形成的金属导带电路实现。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：本申请综合利用人工表面等离子激元的慢波效应和短截线形式滤波器的性能优势，通过短截线形式的谐振器有效提高相对带宽，利用人工表面等离子激元的慢波效应缩短带状滤波器长度，有效减小带阻滤波器的总尺寸，充分发挥人工表面等离子激元传输线对电磁场的强约束性，省去了金属屏蔽盒体和金属接地，可在自由空间使用，具有损耗小、成本低、总体积小、阻带带宽较宽的优势。
附图说明
图1为基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器的结构图。
图2为人工表面等离子激元传输线的周期性电路结构。
图3为人工表面等离子激元传输线的色散曲线图。
图4为模式转换电路/阻抗匹配电路的结构图。
图5为基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器S参数的仿真曲线图。
图中标号说明：1、主传输线，2、谐振器，3、模式转换电路，4、阻抗匹配电路。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
本发明公开的基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器如图1所述，包括的主传输线1、两个加载在主传输线上的谐振器2、接在输入端口的模式转换电路3、接在输出端口的阻抗匹配电路4，两个谐振器之间的电长度小于滤波器中心频率处的90度。以人工表面等离子激元传输线为主传输线，谐振器为四分之一波长的开路短截线。模式转换电路用于实现由共面波导TEM模到人工表面等离子激元传输线TM模的模式转换的功能。模式转换电路和阻抗匹配电路结构相同，如图4所示，均包含尺寸渐变的人工表面等离子激元传输线及对称分布于传输线两侧的扇形波导结构。图1所示的带阻滤波器通过在介质基板上激光刻蚀金属薄膜形成的导带电路实现，无需金属地。
人工表面等离子激元传输线如图2所示，该传输线的金属导带为周期性结构，具体是由长度为D、槽宽为S、槽深为G的单个表面等离子激元组成的周期性出现凹槽和突起的金属导带，金属导带的底座高度为L。
共面波导和三种不同凹槽深度的人工表面等离子激元传输线的色散曲线如图3所示，其中，k为传输线的相位系数，人工表面等离子激元传输线的kD值与频率呈非线性关系。每一条人工表面等离子激元传输线的kD值随着频率的升高趋向于π，而kD达到π的频点为截止频点，超过截止频率后，传输线截止，信号不能通过。可以看到，人工表面等离子激元传输线的截止频率随着凹槽深度的增加变得越来越低。
模式转换电路如图4所示，包含槽深递增的人工表面等离子激元传输线及分布于传输线两侧的扇形结构，随着槽深递增的人工表面等离子激元传输线与两侧扇形结构距离的渐渐变大，电磁信号的传输模式从准TEM模式变换到TM模式，实现了滤波器在端口处的模式转换功能。阻抗匹配电路与阻抗匹配电路的结构相同，区别在于阻抗匹配电路包含槽深递减的人工表面等离子激元传输线及分布于传输线两侧的扇形结构，随着槽深递减的人工表面等离子激元传输线与两侧扇形结构距离的渐渐变小，实现了滤波器的阻抗匹配功能。
本发明给出了一个基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器的设计实例。
该滤波器所选用介质板材为Rogers 5880，相对介质常数为2.2，厚度为0.254mm，长、宽分别为172mm、72mm。其中，单个人工表面等离子激元的长度D＝6mm，槽深G＝4mm，槽宽S＝3mm，底座L＝2mm。两个折叠四分之一波长开路短截线之间相隔8个SSPP单元结构。为减小带阻滤波器整体尺寸，四分之一波长开路短截线折叠分为水平和垂直两个部分，水平部分长度为40mm，垂直部分长度为40mm，宽度均为4mm。模式转换电路和阻抗匹配电路由尺寸渐变的人工表面等离子激元传输线及分布于两侧的扇形结构组成，其中，扇形结构的长为40mm，宽为20mm，边缘曲线为指数函数曲线。模式转换电路中，尺寸渐变的人工表面等离子激元传输线共有四个SSPP单元，四个SSPP单元的槽深从0.8mm到3.2mm依次递增，步长为0.8mm。
经电磁场仿真获得该滤波器的S11和S21曲线如图5所示，该人工表面等离子激元传输线带阻滤波器的中心频率f0＝1GHz，带阻带宽BW＝0.5GHz，相对带宽50％。
综上，本申请综合利用人工表面等离子激元的慢波效应和短截线形式滤波器的性能优势，通过单面电路结构的金属导带电路实现了损耗小、尺寸小、阻带带宽较宽的带阻滤波器；相较于现有基于SSPP结构的带阻滤波器，通过短截线形式的谐振器有效提高相对带宽；相较于短截线带阻滤波器，利用人工表面等离子激元的慢波效应缩短主传输线的长度，有效减小带阻滤波器的总尺寸，充分发挥人工表面等离子激元传输线对电磁场的强约束性，省去了金属屏蔽盒体和金属接地，可在自由空间使用，损耗小，成本低。

Claims (8)

1.基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，其特征在于，包括：
主传输线，由多个人工表面等离子激元构成的具有周期性结构的传输线，
多个加载在主传输线上的谐振器，每个谐振器与主传输线上人工表面等离子激元的突起相连接，每个谐振器为四分之一波长的开路短截线，相邻两个开路短截线之间的电长度小于滤波器中心频率处的90度，
与主传输线信号输入端连接的模式转换电路，转换共面波导TEM模为主传输线TM模，及，
与主传输线信号输出端连接的阻抗匹配电路，匹配主传输线输出信号和共面波导传播信号的阻抗。
2.根据权利要求1所述基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，其特征在于，所述人工表面等离子激元为梳型或鱼骨形或多米诺结构。
3.根据权利要求1所述基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，其特征在于，所述四分之一波长的开路短截线为单面结构的金属带条。
4.根据权利要求1所述基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，其特征在于，所述四分之一波长的开路短截线为折叠后具有相同长度的水平部分和垂直部分的开路短截线。
5.根据权利要求1所述基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，其特征在于，所述模式转换电路和阻抗匹配电路结构相同，均包括沟槽深度渐变的人工表面等离子激元构成的传输线及对称分布于该传输线两侧的扇形结构波导。
6.根据权利要求5所述基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，其特征在于，模式转换电路中，人工表面等离子激元沟槽的深度沿着信号传播方向递增。
7.根据权利要求5所述基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，其特征在于，阻抗匹配电路中，人工表面等离子激元沟槽的深度沿着信号传播方向递减。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述基于人工表面等离子激元传输线的带阻滤波器，其特征在于，通过激光刻蚀介质基板形成的金属导带电路实现。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114639966A (zh) * 2022-05-17 2022-06-17 中国计量大学 可编程的人工表面等离激元波调控装置及控制方法
CN115939717B (zh) * 2022-10-31 2024-03-29 电子科技大学 一种基于新型传输线负载的太赫兹平面波导魔t
CN115621690B (zh) * 2022-11-07 2025-11-25 东南大学 基于织物的可穿戴可调滤波器结构及制备方法
CN116315534A (zh) * 2023-03-10 2023-06-23 上海航天电子通讯设备研究所 一种梳型人工表面等离子激元的四通道带通滤波器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3813669A (en) * 1972-03-27 1974-05-28 Kidde & Co Walter Frequency filter circuit apparatus
CN104269594A (zh) * 2014-09-24 2015-01-07 上海大学 一种基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器
CN104810580A (zh) * 2015-05-12 2015-07-29 中国矿业大学 一种斜缝分离式人工表面等离激元多波段带阻滤波器
EP3373387A2 (en) * 2017-03-10 2018-09-12 Synergy Microwave Corporation Microelectromechanical switch with metamaterial contacts

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105006616B (zh) * 2015-07-30 2018-11-20 上海理工大学 一种基于超宽频芯片的太赫兹波时域频谱系统
CN105655672B (zh) * 2016-01-20 2018-06-15 东南大学 基于人工表面等离激元的带阻滤波器及其阻带引入方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3813669A (en) * 1972-03-27 1974-05-28 Kidde & Co Walter Frequency filter circuit apparatus
CN104269594A (zh) * 2014-09-24 2015-01-07 上海大学 一种基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器
CN104810580A (zh) * 2015-05-12 2015-07-29 中国矿业大学 一种斜缝分离式人工表面等离激元多波段带阻滤波器
EP3373387A2 (en) * 2017-03-10 2018-09-12 Synergy Microwave Corporation Microelectromechanical switch with metamaterial contacts

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Novel non-periodic spoof surface plasmon polaritons with H-shaped cells and its application to high selectivity wideband bandpass filter;Xin Gao等;《Scientific Reports》;20180206;第20-29页 *
人工表面等离激元带阻滤波器研究;李建东;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20180315;第1-7页 *

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