CN109149031A - 基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器 - Google Patents

基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器 Download PDF

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Abstract

基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器，包括介质基板，介质基板两面中间具有矩形金属涂层，两端具有梯形金属涂层和微带线，覆有矩形金属涂层的介质基板的上侧具有一排金属通孔，构成半模基片集成波导。矩形金属涂层下侧具有周期性凹槽，构成人工表面等离激元传输器。梯形金属涂层为微带线‑半模基片集成波导的转换结构。本发明的宽带带通滤波器通过半模基片集成波导和人工表面等离激元的结合，设计方便，灵活。在保留基片集成波导的特性的基础上，尺寸减小为原来的一半，结构简单紧凑，易于集成，制作方便，适用范围广，在微波段具有广阔的应用前景。

Description

基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器
技术领域
本发明涉及带通滤波器，具体涉及一种基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的宽带带通滤波器。
背景技术
基片集成波导上下层为金属层，中间层为低损耗介质层，在金属涂覆的介质基板两侧开金属通孔，电磁波被限制在两排金属通孔和上下金属涂层形成的矩形腔内，由于金属通孔间的距离很近，可忽略之间的辐射损耗，故基片集成波导的传播特性与矩形波导的特性相似，具有重量轻，体积小，低损耗，低辐射，易于集成等优点。将基片集成波导对称地切开两半，形成半模基片集成波导，因为垂直切割后的基片集成波导切面近似等效于垂直磁壁，从而半模基片集成波导保留原基片集成波导的特性，并在其基础上将尺寸减小了一半，便于集成，有更广阔的发展前景。
表面等离激元是指在金属与电介质交界面处存在的自由振动的电子与光子因相互作用产生的混合激发态，是沿交界面传播的表面电磁波,在与交界面垂直方向按指数衰减。人工结构化金属表面能够使电磁波束缚在其表面，构成与表面等离激元模式相类似的表面波，称为人工表面等离激元。人工表面等离激元克服了在微波段无法较好观测表面等离激元的限制，使其延伸到微波段。人工表面等离激元具有通过改变金属的结构参数控制其色散特性和截止频率的优点，因此在微波段有独特的优越性和发展前景。
发明内容
本发明的目的在于结合半模基片集成波导的高通特性与人工表面等离激元的低通特性，提供一种基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器，包括介质基板，介质基板两面中间具有矩形金属涂层，介质基板两端具有梯形金属涂层和微带线，矩形金属涂层两端依次连接梯形金属涂层和微带线；覆有矩形金属涂层的介质基板的上侧具有一排金属通孔，构成半模基片集成波导；矩形金属涂层下侧具有周期性凹槽，构成人工表面等离激元传输器；梯形金属涂层为微带线-半模基片集成波导的转换结构。
作为本发明进一步的改进技术方案，基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器还包括输入端口和输出端口，输入端口和输出端口分别与所述介质基板两端的微带线相连。
作为本发明进一步的改进技术方案，所述周期性凹槽的周期相同，宽度相同。
作为本发明进一步的改进技术方案，所述周期性凹槽的所有凹槽的开口平齐，所述周期性凹槽的两侧凹槽的深度依次递减，所述周期性凹槽的中部凹槽的深度相同。
作为本发明进一步的改进技术方案，所述介质基板为聚四氟乙烯。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器通过半模基片集成波导和人工表面等离激元的结合，在保留基片集成波导的特性的基础上，尺寸减小为原来的一半，结构紧凑，易于集成；
本发明的基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器，在半模基片集成波导金属涂层下侧开周期性凹槽传输人工表面等离激元，结构简单，制作方便，降低了生产成本；
本发明的基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器，结合半模基片集成波导的高通特性与人工表面等离激元的低通特性，具有宽带带通特性，并且滤波效率高。
附图说明
图1为本发明实施例1中的半模基片集成波导的结构示意图；
图2为本发明实施例1中的基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器的结构示意图；
图3为本发明实施例1中的周期性凹槽的中间部分凹槽的结构示意图；
图4为本发明实施例1中的宽带带通滤波器的S参数；
以上图1-2中，1-微带线；2-梯形金属涂层；3-矩形金属涂层；4-介质基板；5-金属通孔； 6-周期性凹槽。
具体实施方式：
下面参照附图对本发明做进一步描述。
实施例1
图1所示为基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器中的半模基片集成波导部分，包括介质基板4，介质基板4为聚四氟乙烯，介质基板4两面中间具有矩形金属涂层3，介质基板4两面两端具有梯形金属涂层2和微带线1，矩形金属涂层3两端依次连接梯形金属涂层2和微带线1。覆有矩形金属涂层3的介质基板4的上侧具有一排金属通孔5，构成半模基片集成波导。如图2所示，在上述半模基片集成波导的基础上，将矩形金属涂层3下侧开周期性凹槽6作为人工表面等离激元传输器，其中，周期性凹槽6的周期相同，宽度相同，所有凹槽的开口平齐，两侧部分的凹槽的深度依次递减，中部凹槽的深度相同。梯形金属涂层2作为微带线-半模基片集成波导的转换结构。使用时，输入端口和输出端口分别与介质基板4两端的微带线相连即可。半模基片集成波导为快波波导，具有较低的截止频率，而人工表面等离激元为慢波，有较高的截止频率，这种设计结合了半模基片集成波导的高通特性与人工表面等离激元的低通特性，具有宽带带通特性。
上述矩形金属涂层和梯形金属涂层均为铜涂层，矩形金属涂层的厚度为0.018mm、长度为86.4mm，宽度为9mm；梯形金属涂层的上底长度为1.8mm,下底长度为3.5mm，高为16mm，厚度为0.018mm；金属通孔直径为0.5mm，相邻金属通孔的圆心距为0.9mm；介质基板为f4b聚四氟乙烯，介电常数2.65，损耗正切0.001，介质基板的长度为124.4mm，宽度为11mm，厚度为0.5mm；输入馈线、输出馈线均为50欧姆微带线。
矩形金属涂层下侧的周期性凹槽的凹槽宽度为1.8mm、周期为3.6mm，图3所示为中间部分凹槽，中间部分凹槽的深度为3.5mm。
图4所示为上述宽带带通滤波器的S参数，可以看出，其结合了半模基片集成波导的高通特性与人工表面等离激元的低通特性，具有带通特性，带通范围为6.7GHz到11.8GHz。在中心频率9.2GHz处，其插入损耗为-0.02dB左右，滤波器效率高。

Claims (5)

1.基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器，其特征在于，包括介质基板，介质基板两面中间具有矩形金属涂层，介质基板两端具有梯形金属涂层和微带线，矩形金属涂层两端依次连接梯形金属涂层和微带线；覆有矩形金属涂层的介质基板的上侧具有一排金属通孔，构成半模基片集成波导；矩形金属涂层下侧具有周期性凹槽，构成人工表面等离激元传输器；梯形金属涂层为微带线-半模基片集成波导的转换结构。
2.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器，其特征在于，还包括输入端口和输出端口，输入端口和输出端口分别与所述介质基板两端的微带线相连。
3.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器，其特征在于，所述周期性凹槽的周期相同，宽度相同。
4.根据权利要求3所述的基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器，其特征在于，所述周期性凹槽的所有凹槽的开口平齐，所述周期性凹槽的两侧凹槽的深度依次递减，所述周期性凹槽的中部凹槽的深度相同。
5.根据权利要求1所述的基于半模基片集成波导和人工表面等离激元的带通滤波器，其特征在于，所述介质基板为聚四氟乙烯。
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