CN105789790A - 人工表面等离子激元型微波带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器，涉及微波滤波器技术领域，该滤波器采用三段式结构，第一段为共面波导段，第二段为共面波导段转人工表面等离激元(SSPPs)段过渡段，第三段为SSPPs段。其中SSPPs段采用了一种新型的子母复合槽结构，通过母槽内开设周期性的、镜像对称的、平行排列的子槽结构。通过这些子槽的个数和几何尺寸都可以进一步提高对微波电场的亚波长束缚效应，使得SSPPs滤波器的阻带特性更为优异。该滤波器可广泛地应用于L波段～X波段的微带电路及微波基站等微波通讯系统中。

Description

人工表面等离子激元型微波带通滤波器
技术领域
本发明涉及微波滤波器技术领域，特别涉及一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器。
背景技术
表面等离子激元(surfaceplasmonpolaritons,SPPs)是一种沿金属-电介质界面传播的表面电磁波。随着当今微波集成电路集成度的不断提高，出现了一系列技术问题，例如当电路中线与线的间距小到一定的程度，就会出现线与线间的电磁噪声干扰，导致微波电路或微波器件工作不稳定。
而人工表面等离子激元(Spoofsurfaceplasmonpolaritons,SSPPs)电路能把微波电场局域在亚波长尺寸，从而具有很好的抗电磁干扰能力，能很好地满足下一代微波通信器件的要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种人工表面等离子激元型传输线构成的微波带通滤波器，这种传输线滤波器除了可以解决一种滤波器的选择方案，它还可以解决当电路中线与线的间距小到一定的程度，就会出现线与线间的电磁噪声干扰，导致微波电路或微波器件工作不稳定的情况。
为解决以上问题，本发明采用的技术方案如下：一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器，包括介质板、金属地和金属微带；该滤波器采用三段式结构，第一段为共面波导段，用于实现微波信号的输入或输出；第二段为共面波导段转人工等离子激元波导段的过渡段，用于实现电磁场模式的渐变作用；第三段为人工等离子激元波导段，用于微波信号的亚波长传输，并利用其色散效应实现微波截止频率；其中，共面波导段经过渡段与人工等离子激元波导段连接；第二段和第三段均采用子母复合槽结构，即在母槽内开设周期性的、镜像对称的且平行的子槽结构来调控微波滤波器的通带及带外特性。
作为优选，所述的第一段其长度为L1，取值为1～12mm。
作为优选，所述的第二段为其长度为L2，取值为5～60mm。
作为优选，所述的第三段其长度为L3，取值为10～200mm。
作为优选，所述的第二段和第三段中充当金属地的开口曲线在笛卡尔坐标系中采用以下的曲线方程实现电磁场的阻抗与模式匹配:
x＝L1+L2*t，y＝h/2+g+w*(exp(a*t)-1)/(expa-1)；
式中L1为共面波导段长度，L2为过渡段长度，h为主金属微带的宽度，g为主金属微带到曲线地的间隙，w为金属地的宽度，a为指数曲线形状系数，a的取值范围5～20。
作为优选，所述的子槽结构为2～100个。
本发明的有益效果：一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器，该滤波器采用三段式结构。第一段为共面波导段，第二段为共面波导段转人工表面等离激元SSPPs的过渡段，第三段为SSPPs段。其中SSPPs段采用了一种新型的子母复合槽结构，通过母槽内开设周期性的、镜像对称的、平行的子槽结构，可以进一步提高电磁场亚波长束缚效益，使得SSPPs滤波器的阻带特性更为优异。本发明的结构，通过调节母槽内子槽的个数及几何尺寸可以精确的调控滤波器的通带范围和阻带抑制特性，特别是开设子槽结构并不增大滤波器的整体几何尺寸，在保证小型化的同时进一步优化了微波带通滤波器的滤波特性。
本发明所提供的这种新型人工表面等离激元(SSPPs)型微波滤波器可广泛地应用于L波段～X波段的微带电路、微波基站及雷达等通讯系统中，具有极大的工程实用价值。
附图说明
图1为人工表面等离激元(SSPPs)型微波滤波器的结构图；(1)介质板，(2)子槽，(3)金属地(边缘曲线为指数函数)，(4)共面波导段，(5)过渡段，(6)母槽，(7)金属微带；共面波导段(4)经过渡段(5)与人工等离子激元波导段连接；
图2为SSPPs微波滤波器S21参数随子槽数的变化趋势；
图3为子槽数为20时，微波滤波器的S参数特性曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步详细说明。
本发明设计了一种新型的人工表面等离激元(SSPPs)型微波滤波器，特别是具有子母复合槽结构的微波带通滤波器。通过调节滤波器母槽内子槽的个数及其几何尺寸都可以精确的调控滤波器的通带范围和阻带抑制特性，特别是开设子槽结构并不增大滤波器的整体几何尺寸，在保证小型化的同时进一步优化了本带通滤波器的滤波特性。
一种具体的实施方式为，滤波器采用三段式结构，第一段为共面波导段(CPW段)，其长度为L1，其取值范围为1～12mm，它能实现微波信号的输入或输出，第二段为CPW段转SSPPs段过渡段，其长度为L2，取值为5～60mm。
由于电磁场在CPW段和SSPPs段的场模式不同，过渡段能起到电磁场模式的渐变作用，尽量减少由于模式和阻抗不匹配引起的电磁反射，过渡段采用渐变槽深技术，其单元槽结构与第三段SSPPs段的子母复合槽结构相同，且该段中充当金属地的开口曲线在笛卡尔坐标系中采用以下的曲线方程实现电磁场的阻抗与模式匹配，x＝L1+L2*t，y＝h/2+g+w*(exp(a*t)-1)/(expa-1)；
式中L1为共面波导段长度，L2为过渡段长度，h为主金属微带的宽度，g为主金属微带到曲线地(金属微带的边界是曲线，也可以叫曲线地)的间隙，w为金属地的宽度，a为指数曲线形状系数，a的取值范围5～20。
第三段为SSPPs段，其长度为L3，其取值范围10～200mm。该段中采用了一种子母复合槽结构，通过在母槽内开设2～100个周期性的、镜像对称的、平行排列的子槽结构来调控微波滤波器的通带及带外特性。不同的子槽数量和子槽的几何尺寸可以使得滤波器的通带宽度及带外抑制特性不同，由此可以灵活地调控滤波器的S参数特性，如图2所示。具体实施例中滤波器各个部分的结构参数见表一。
该实施例中滤波器介质基板采用介电常数为2.65的基片，其滤波特性曲线经时域有限差分计算如图3所示。滤波器为带通滤波器，当子槽数为20时其-3dB通带为2.32GHz到7.25GHz，滤波器在整个通带内反射系数小于-11dB。
表一.其体实施例中微波滤波器各部分物理尺寸(单位:mm)。

Claims (6)

1.一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器，包括介质板、金属地和金属微带；其特征在于，该滤波器采用三段式结构，第一段为共面波导段，用于实现微波信号的输入或输出；第二段为共面波导段转人工等离子激元波导段的过渡段，用于实现电磁场模式的渐变作用；第三段为人工等离子激元波导段，用于微波信号的亚波长传输，并利用其色散效应实现微波截止频率；其中，共面波导段经过渡段与人工等离子激元波导段连接；第二段和第三段均采用子母复合槽结构，即在母槽内开设周期性的、镜像对称的且平行的子槽结构来调控微波滤波器的通带及带外特性。
2.根据权利要求1所述的一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器，其特征在于，所述的第一段其长度为L1，取值为1～12mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器，其特征在于，所述的第二段为其长度为L2，取值为5～60mm。
4.根据权利要求3所述的一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器，其特征在于，所述的第三段其长度为L3，取值为10～200mm。
5.根据权利要求4所述的一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器，其特征在于，所述的第二段和第三段中充当金属地的开口曲线在笛卡尔坐标系中采用以下的曲线方程实现电磁场的阻抗与模式匹配:
x＝L1+L2*t，y＝h/2+g+w*(exp(a*t)-1)/(expa-1)；
式中L1为共面波导段长度，L2为过渡段长度，h为主金属微带的宽度，g为主金属微带到曲线地的间隙，w为金属地的宽度，a为指数曲线形状系数，a的取值范围5～20。
6.根据权利要求5所述的一种人工表面等离子激元型微波带通滤波器，其特征在于，所述的子槽结构为2～100个。
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