CN109494433B - 一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器 - Google Patents

一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器 Download PDF

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Abstract

一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，包括介质基板(1)，共面波导(2)和人工表面等离激元传输器(4)。共面波导(2)由一条中心金属带和两条接地带构成，人工表面等离激元传输器(4)由若干半圆‑矩形‑半圆型的传输单元(3)构成，传输单元(3)周期性排列于共面波导(2)的中间部分。本发明的滤波器，通过共面波导和人工表面等离激元结合，提高了滤波效率；改变传输单元的尺寸可改变传输器的色散特性从而调节滤波器的截止频率，可设计出满足不同工作频段的滤波器；在共面波导中间部分设置人工表面等离激元传输器，省略了转换结构和扩口地面，结构简单，方便制作，尺寸小，便于集成，在微波段有广阔的应用前景。

Description

一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器，具体涉及一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器。
背景技术
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激发表面等离激元的限制，使其延伸到微波段，并且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。
共面波导由介质基板上面的中心导带以及两侧的有限宽度接地面组成，又叫共面微带传输线，其传输的是TEM波，没有截止频率。随着毫米波技术的发展，共面波导拥有更多微带线不可比拟的优势。例如：共面波导所有接地线均在表面而不需要接触孔，容易制作，容易实现有源、无源器件在微波电路的串并联；有更小的尺寸和更高的集成度，有低的阻抗和速度色散等，故共面波导在现在无线通信中有广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，便于制作，易于集成的高效低通滤波器。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，包括介质基板，在介质基板上表面设置有共面波导和人工表面等离激元传输器，共面波导由一条中心金属带和两条接地带构成，人工表面等离激元传输器由若干半圆-矩形-半圆型的传输单元构成，传输单元周期性排列于共面波导的中间部分。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器还设有一个输入端口和一个输出端口，输入端口和输出端口分别连接所述基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器两端的共面波导。
作为本发明进一步改进的技术方案，输入馈线和输出馈线均为50欧姆微带线。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述传输单元3的周期相同，所述半圆的半径相同，所述矩形的长宽相同。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述传输单元3的周期为2.6mm，厚度为0.018mm。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述半圆的半径为0.8mm，所述矩形的长度为1.6mm，所述矩形的宽度为1mm。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述共面波导2的总长度为81.6mm，中心金属带和两条接地带的宽度为1.6mm，厚度为0.018mm，中间间距为0.1mm。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述介质基板1为f4b聚四氟乙烯，介电常数2.65，损耗正切0.001。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，通过共面波导和人工表面等离子激元结合，大大提高了滤波效率；通过改变传输单元的尺寸，可改变传输器的色散特性调节滤波器的截止频率，从而可设计出满足不同工作频段的滤波器；该滤波器结构简单，方便制作，在共面波导中间部分设置人工表面等离激元传输器，省略了转换结构和扩口地面，尺寸小，便于集成，在微波段有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器的结构示意图，其中，a为俯视图，b为侧视图，c为正视图；
图2是本发明实施例中的传输单元的结构示意图。
图3是本发明实施例中的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器的S参数。
具体实施方式：
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明结构、参数所作的修改或替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例
如图1所示，一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，设有介质基板1，在介质基板1上表面设置共面波导2和人工表面等离激元传输器4。人工表面等离激元传输器4由多个半圆-矩形-半圆的传输单元3组成，传输单元3周期性排列于共面波导的中间部分，并取代共面波导2的中部金属带。共面波导2由一条中心金属带和两条接地带构成，金属带使用长方形金属薄膜，厚度为0.018mm、宽度为1.6mm，介质基板为f4b聚四氟乙烯，介电常数2.65，损耗正切0.001，介质板长度为81.6mm，宽度为5mm，厚度为0.5mm。在共面波导2的中间部分，周期性排列半圆-矩形-半圆的传输单元3构成人工表面等离激元传输器4。
如图2所示，传输单元3使用金属薄膜，周期为2.6mm，厚度为0.018mm，半圆的半径为0.8mm，矩形的长为1.6mm，矩形的宽为1mm。通过调节人工表面等离激元传输器单元3的高度，周期等参数，可调节滤波器的截止频率，设计出满足不同工作频段的滤波器。
图3所示为上述基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器的S参数，从图3中可以看出，该滤波器具有低通的特性，并且具有极高的效率，其工作范围为0到33.2GHz。

Claims (8)

1.一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，其特征在于，包括介质基板(1)，在介质基板(1)上表面设置有共面波导(2)和人工表面等离激元传输器(4)，共面波导(2)由一条中心金属带和两条接地带构成，人工表面等离激元传输器(4)由若干半圆-矩形-半圆型的传输单元(3)构成，传输单元(3)周期性排列于共面波导(2)的中间部分；
传输单元(3)中，两个半圆在传输单元(3)周期性排列的方向上向矩形的左右两侧凸出。
2.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，其特征在于，所述基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器还设有一个输入端口和一个输出端口，输入端口和输出端口分别连接所述基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器两端的共面波导(2)。
3.根据权利要求2所述的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，其特征在于，输入馈线和输出馈线均为50欧姆微带线。
4.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，其特征在于，所述传输单元(3)的周期相同，所述半圆的半径相同，周期排列的传输单元(3)中矩形的长度均相同，且宽度均相同。
5.根据权利要求4所述的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，其特征在于，所述传输单元(3)的周期为2.6mm，厚度为0.018mm。
6.根据权利要求4所述的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，其特征在于，所述半圆的半径为0.8mm，所述矩形的长度为1.6mm，所述矩形的宽度为1mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，其特征在于，所述共面波导(2)的总长度为81.6mm，中心金属带和两条接地带的宽度为1.6mm，厚度为0.018mm，中间间距为0.1mm。
8.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元和共面波导的高效低通滤波器，其特征在于，所述介质基板(1)为f4b聚四氟乙烯，介电常数2.65，损耗正切0.001。
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