CN106207328A - 一种基于表面等离子激元的带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于表面等离子激元的带通滤波器，包括介质基板，还包括印制在所述介质基板上的微带馈线、微带到表面等离子激元传输线转换器、表面等离子激元传输线和耦合谐振器，微带馈线包括输入微带馈线和输出微带馈线，微带到表面等离子激元传输线转换器两端分别连接所述输入微带馈线和表面等离子传输线，微带馈线和所述微带到表面等离子激元传输线转换器对称设置于所述表面等离子激元传输线两端，耦合谐振器分别设置在所述输入微带馈线和输出微带馈线上侧，该滤波器具有结构设计合理、带宽大、频率可控及插损低的特点，调整方式相当简单，电路加工容易，易于与其他微波电路集成。

Description

一种基于表面等离子激元的带通滤波器
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于表面等离子激元的带通滤波器。
背景技术
表面等离子激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是通过外部的电磁场与金属表面的自由电子所相互作用形成的一种局域电磁波模式，通过它们之间相互作用，可以在金属与介质的交界面形成表面波，该表面波在垂直于交界面的方向上能量指数衰减，而在与表面平行的方向上可以顺利地传播。由于金属的等离子频率一般都在光波段，在微波频段金属近似为理想导体，外部的电磁波很难与金属表面的自由电子相互作用形成表面波。为了在较低频段(GHz、THz)
激发出表面波，人们提出了人工表面等离子激元(Spoof Surface PlasmonPolaritons,SSPPs)。SSPPs是一种在金属结构上周期开槽或孔等方式，改变表面波色散特性，使得金属表层的等离子频率降低到微波、太赫兹频段，从而增强外部电磁场与金属表层的渗透能力。在微波频段内，采用SSPPs技术实现的微波电路与传统的传输线技术相比，具有明显的优势，例如辐射小，插损低，带宽大，尺寸小等等。在现有的技术中，微带线到表面等离子激元传输线的转换效率较低，导致其在实际工程应用中受到较大限制，因此有待进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的微带线到表面等离子激元传输线的转换效率较低的问题，提出了一种具有结构精巧、带宽大、频率可控及插损低基于表面等离子激元的滤波器。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种基于表面等离子激元的带通滤波器，包括介质基板，还包括印制在所述介质基板上的微带馈线、微带到表面等离子激元传输线转换器、表面等离子激元传输线和耦合谐振器，所述微带馈线包括输入微带馈线和输出微带馈线，所述微带到表面等离子激元传输线转换器两端分别连接所述输入微带馈线和所述表面等离子传输线，所述微带馈线和所述微带到表面等离子激元传输线转换器对称设置于所述表面等离子激元传输线两端，所述耦合谐振器分别设置在所述输入微带馈线和所述输出微带馈线上侧。
本实施例中，所述微带馈线到表面等离子激元传输线转换器3为渐变结构，所述渐变结构内部由若干挖空的梯形槽组成，所述梯形槽数量为5～8个，所述梯形槽的斜边位于同一直线上，所述梯形槽的高度相等。
进一步地，所述表面等离子传输线内部设置有周期性的矩形槽，所述矩形槽尺寸相同，所述矩形槽数量不少于4个。
进一步地，所述耦合谐振器为方形环状。
进一步地，所述微带馈线和所述表面等离子激元传输线印制于所述介质基板上表明，并形成金属条带，所述介质基板下表面全部为金属层作为接地板。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
本发明所提出的一种基于表面等离子激元的带通滤波器，具有结构设计合理、带宽大、频率可控及插损低的特点，同时，通过适当调整结构的参数，改变金属表面的色散曲线，可以实现滤波器工作频率的变化，调整方式相当简单，电路加工容易，易于与其他微波电路集成。
附图说明
图1是微带到表面等离子激元传输线转换器结构示意图；
图2是本发明实施例的结构示意图；
图3是本发明中转换器的三维电磁仿真参数曲线；
图4是本发明实施例的仿真参数曲线。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
如图1至图4所示，本发明提供一种基于表面等离子激元的带通滤波器，包括介质基板1，还包括印制在所述介质基板上的微带馈线2、微带到表面等离子激元传输线转换器3、表面等离子激元传输线4和耦合谐振器5，所述微带馈线2包括输入微带馈线21和输出微带馈线22，所述微带到表面等离子激元传输线转换器3两端分别连接所述输入微带馈线21和所述表面等离子传输线4，所述微带馈线2和所述微带到表面等离子激元传输线转换器3对称设置于所述表面等离子激元传输线4两端，所述耦合谐振器5分别设置在所述输入微带馈线21和所述输出微带馈线22上侧，微带馈线2为50欧姆特性阻抗的微带传输线，其线宽w0可以由微带微带线特性阻抗公式或者商业软件ADS计算。
本实施例中，所述微带馈线2到表面等离子激元传输线转换器3为渐变结构，所述渐变结构内部由若干挖空的梯形槽(如图中标号301-306所示)组成，所述梯形槽数量为6个，所述梯形槽的斜边位于同一直线上，所述梯形槽的高度相等，梯形槽在水平方向的距离相等，且等于表面等离子激元传输线4每个单元的周期p，表面等离子激元传输线4由周期性矩形槽组成，其槽的深度h，通过调整槽深h可以改变它的色散曲线，色散曲线的渐近频率对应滤波器的截止频率，槽深h越大滤波器的截止频率越低，槽深越小截止频率越高。
本实施例中，所述表面等离子传输线4内部设置有周期性的矩形槽41，所述矩形槽41尺寸相同，所述矩形槽41数量为4个。
本实施例中，所述耦合谐振器5为方形环状，其与微带馈线(2)的间隙为S，其长度和宽度分别是L3和L4。
本实施例中，所述微带馈线2和所述表面等离子激元传输线4印制于所述介质基板上表明，并形成金属条带，所述介质基板下表面全部为金属层作为接地板。
图3是本发明中转换器的三维电磁仿真参数曲线，整体表现出一个低通滤波的特性，其截止频率约为9.5GHz，值得注意的是可以通过调整表面等离子激元传输线的槽深h来改变截止频率的大小。
图4是本发明实施例的仿真参数曲线。通过在图2微带馈线的附近添加耦合谐振器来引入一个新的传输零点，值得注意的事，可以通过调整耦合谐振器的长度L3和宽度L4，及其与微带馈线之间的间隙为S的大小来改变传输零点的位置。
通过以上设计，利用本发明提出的一种基于表面等离子激元的带通滤波器，具有结构设计合理，带宽大，频率可控及传输效率高等特点，同时，通过适当调整结构的参数，改变可以实现滤波器工作频率的变化，调整方式相当简单，电路加工容易，易于与其他微波电路集成。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于表面等离子激元的带通滤波器，其特征在于：包括介质基板，还包括印制在所述介质基板上的微带馈线、微带到表面等离子激元传输线转换器、表面等离子激元传输线和耦合谐振器，所述微带馈线包括输入微带馈线和输出微带馈线，所述微带到表面等离子激元传输线转换器两端分别连接所述输入微带馈线和所述表面等离子传输线，所述微带馈线和所述微带到表面等离子激元传输线转换器对称设置于所述表面等离子激元传输线两端，所述耦合谐振器分别设置在所述输入微带馈线和所述输出微带馈线上侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子激元的带通滤波器，其特征在于：所述微带馈线到表面等离子激元传输线转换器为渐变结构，所述渐变结构内部由若干挖空的梯形槽组成，所述梯形槽数量为5～8个，所述梯形槽的斜边位于同一直线上，所述梯形槽的高度相等。
3.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子激元的带通滤波器，其特征在于：所述表面等离子传输线内部设置有周期性的矩形槽，所述矩形槽尺寸相同，所述矩形槽数量不少于4个。
4.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子激元的带通滤波器，其特征在于：所述耦合谐振器为方形环状。
5.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子激元的带通滤波器，其特征在于：所述微带馈线和所述表面等离子激元传输线印制于所述介质基板上表明，并形成金属条带，所述介质基板下表面全部为金属层作为接地板。
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