CN110048201A - 多频段太赫兹带阻滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多频段太赫兹带阻滤波器。它包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、N×N个结构单元，N为自然数，N×N个结构单元周期排列在与太赫兹波输入方向垂直的平面上。结构单元从上到下依次为圆形贴片上金属层、上介质层、圆环贴片上金属层、中间介质层、圆环贴片下金属层、下介质层、圆形贴片下金属层。结构单元以中间介质层为中心上下镜像对称。本发明的多频段太赫兹带阻滤波器具有设计简单、结构紧凑、性能优越等优点，满足太赫兹通信、太赫兹传感和太赫兹成像等应用系统的要求。

Description

多频段太赫兹带阻滤波器
技术领域
本发明涉及太赫兹滤波器，尤其涉及一种多频段太赫兹带阻滤波器。
背景技术
太赫兹波具有其它电磁波不具备的独特优点，如瞬态性、低能性、宽带性和相干性等，这使得太赫兹波在生物成像、通信等领域具有独特的优势。然而，由于缺乏高灵敏度的探测器和有效的太赫兹源，很长一段时间以来人们对于太赫兹波的研究进展缓慢，导致太赫兹波的发展一直落后于其它波段。近些年来，随着科学技术的进步特别是半导体技术和光电子技术的发展，太赫兹技术得到了较快的发展。
太赫兹滤波器作为太赫兹应用系统中最为重要的功能器件之一，可以广泛应用于太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹探测等领域。滤波器的种类繁多，按照功能分类有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。太赫兹滤波器性能的好坏对整个太赫兹系统的正常运行有着关键作用，因此太赫兹滤波器一直是科研工作者的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种多频段太赫兹带阻滤波器。本发明的技术方案如下：
一种多频段太赫兹带阻滤波器，它包括太赫兹波输入端、太赫兹波输出端、N×N个结构单元，N为自然数，N×N个结构单元周期排列在与太赫兹波输入方向垂直的平面上；每个结构单元从上到下依次为圆形贴片上金属层、上介质层、圆环贴片上金属层、中间介质层、圆环贴片下金属层、下介质层、圆形贴片下金属层；结构单元以中间介质层为中心上下镜像对称，圆形贴片上金属层和圆形贴片下金属层分别贴于上介质层的上表面和下介质层的下表面，圆环贴片上金属层贴合于上介质层的下表面和中间介质层的上表面之间，圆环贴片下金属层贴合于中间介质层的下表面和下介质层的上表面之间；圆形贴片上金属层和圆形贴片下金属层的结构和材料均相同；上介质层和下介质层的结构和材料均相同；圆环贴片上金属层和圆环贴片下金属层的结构和材料相同；中间介质层的材料与另外两层介质层相同。
上述方案中的各部件具体参数可采用如下优选方式：
所述的周期排列的N×N个结构单元中，每个结构单元的正视图轮廓均为正方形，正方形的边长为170μm～190μm。
所述的圆形贴片上金属层和圆形贴片下金属层材料均为铜，形状均为半径75μm～85μm的圆形，厚度均为0.1μm。
所述的上介质层和下介质层的材料均为Rogers RO4003C，形状均为边长为170μm～190μm的正方形，厚度均为25μm～35μm。
所述的圆环贴片上金属层和圆环贴片下金属层的材料均为铜，形状均为外圆半径75μm～85μm以及内圆半径25μm～35μm的圆环形，厚度均为0.1μm。
所述的中间介质层的材料与其它两个介质层的材料相同，为Rogers RO4003C，形状均为边长170μm～190μm的正方形，厚度为35μm～45μm。
本发明的多频段太赫兹带阻滤波器具有设计简单、结构紧凑、性能优越等优点，满足太赫兹通信、太赫兹传感和太赫兹成像等应用系统的要求。
附图说明
图1是多频段太赫兹带阻滤波器中结构单元的三维示意图；
图2是多频段太赫兹带阻滤波器圆形贴片上金属层和圆形贴片下金属层正视图(4×4阵列)；
图3是多频段太赫兹带阻滤波器结构单元中圆形贴片上金属层和圆形贴片下金属层正视图；
图4是多频段太赫兹带阻滤波器上介质层和下介质层正视图；
图5是多频段太赫兹带阻滤波器圆环贴片上金属层和圆环贴片下金属层正视图(4×4阵列)；
图6是多频段太赫兹带阻滤波器结构单元中圆环贴片上金属层和圆环贴片下金属层正视图；
图7是多频段太赫兹带阻滤波器中间介质层正视图；
图8是多频段太赫兹带阻滤波器第一个阻带中心频率能量图；
图9是多频段太赫兹带阻滤波器第二个阻带中心频率能量图；
图10是多频段太赫兹带阻滤波器第三个阻带中心频率能量图；
图11是多频段太赫兹带阻滤波器第四个阻带中心频率能量图；
图12是多频段太赫兹带阻滤波器的传输曲线；
具体实施方式
如图1～7所示，一种多频段太赫兹带阻滤波器，它包括太赫兹波输入端1、太赫兹波输出端2、N×N个结构单元3，N为自然数，取值可根据需要进行调整。N×N个结构单元3周期排列在与太赫兹波输入方向垂直的平面上，太赫兹波从结构单元3的顶部输入，从结构单元3的底部输出。每个结构单元3从上到下依次为圆形贴片上金属层4、上介质层5、圆环贴片上金属层6、中间介质层7、圆环贴片下金属层8、下介质层9、圆形贴片下金属层10；结构单元3以中间介质层7为中心上下镜像对称，圆形贴片上金属层4和圆形贴片下金属层10分别贴于上介质层5的上表面和下介质层9的下表面，圆环贴片上金属层6贴合于上介质层5的下表面和中间介质层7的上表面之间，圆环贴片下金属层8贴合于中间介质层7的下表面和下介质层9的上表面之间。圆形贴片上金属层4和圆形贴片下金属层10的结构相同、尺寸相同、材料相同；上介质层5和下介质层9的结构相同、尺寸相同、材料相同；圆环贴片上金属层6和圆环贴片下金属层8的结构相同、尺寸相同、材料相同，中间介质层7与其它两个介质层的平面尺寸相同、材料相同。需要注意的是，图1中圆形贴片下金属层10的形状仅作为示意，以便于表示其所在位置，实际形状并非方形，而是与圆形贴片上金属层4一样的圆形。上下两层圆形贴片的尺寸由圆形贴片半径决定；上下两层圆环贴片的尺寸由圆环贴片外圆半径和圆环贴片内圆半径决定。
在该多频段太赫兹带阻滤波器中，各部件的材料和参数可采用如下方式：周期排列的N×N个结构单元3中，每个结构单元3的正视图轮廓均为正方形，正方形的边长为170μm～190μm。圆形贴片上金属层4和圆形贴片下金属层10材料均为铜，形状均为半径75μm～85μm的圆形，厚度均为0.1μm。上介质层5和下介质层9的材料均为Rogers RO4003C，形状均为边长为170μm～190μm的正方形，厚度均为25μm～35μm。圆环贴片上金属层6和圆环贴片下金属层8的材料均为铜，形状均为外圆半径75μm～85μm以及内圆半径25μm～35μm的圆环形，厚度均为0.1μm。中间介质层7的材料与其它两个介质层的材料相同，为Rogers RO4003C，形状均为边长170μm～190μm的正方形，厚度为35μm～45μm。
下面基于该多频段太赫兹带阻滤波器，通过实施例说明其具体技术效果。实施例1
本实施例中，多频段太赫兹带阻滤波器的结构和各部件形状如上所述，因此不再赘述。但各部件的具体参数如下：
选择结构单元个数N＝50。周期排列的N×N个结构单元，每个结构单元的正视图轮廓均为正方形，正方形的边长为180μm。圆形贴片上金属层和圆形贴片下金属层材料均为铜，形状均为半径80μm的圆形，厚度为均为0.1μm。上介质层和下介质层的材料均为RogersRO4003C，形状均为边长180μm的正方形，厚度均为30μm。圆环贴片上金属层和圆环贴片下金属层的材料均为铜，形状均为外圆半径80μm以及内圆半径30μm的圆环形，厚度均为0.1μm。中间介质层的材料与其它两个介质层的材料相同，为Rogers RO4003C，形状均为边长180μm的正方形，厚度为40μm。该多频段太赫兹带阻滤波器的性能如下：图8～图11分别显示了从第一个阻带到第四个阻带中心频率处主要谐振部位的能量图。由图8可知，第一个阻带主要由两个圆环贴片产生的谐振造成；由图9可知，第二个阻带主要由上圆形贴片和上圆环贴片产生的谐振造成；由图10可知，第三个阻带主要由下圆形贴片和下圆环贴片产生的谐振造成；由图11可知，第四个阻带主要由上圆形贴片和下圆形贴片产生的谐振造成。由图12所示太赫兹波传输曲线可知，该滤波器有四个较为明显的阻带，第一个阻带的中心频率f1为0.267THz，太赫兹波的透过系数为0.038；第二个阻带的中心频率f2为0.419THz，太赫兹波的透过系数为0.069；第三个阻带的中心频率f3为0.646THz，太赫兹波的透过系数为0.071；第四个阻带的中心频率f4为0.801THz，太赫兹波的透过系数为0.161。

Claims (6)

1.一种多频段太赫兹带阻滤波器，其特征在于包括太赫兹波输入端(1)、太赫兹波输出端(2)、N×N个结构单元(3)，N为自然数，N×N个结构单元(3)周期排列在与太赫兹波输入方向垂直的平面上；每个结构单元(3)从上到下依次为圆形贴片上金属层(4)、上介质层(5)、圆环贴片上金属层(6)、中间介质层(7)、圆环贴片下金属层(8)、下介质层(9)、圆形贴片下金属层(10)；结构单元(3)以中间介质层(7)为中心上下镜像对称，圆形贴片上金属层(4)和圆形贴片下金属层(10)分别贴于上介质层(5)的上表面和下介质层(9)的下表面，圆环贴片上金属层(6)贴合于上介质层(5)的下表面和中间介质层(7)的上表面之间，圆环贴片下金属层(8)贴合于中间介质层(7)的下表面和下介质层(9)的上表面之间；圆形贴片上金属层(4)和圆形贴片下金属层(10)的结构和材料均相同；上介质层(5)和下介质层(9)的结构和材料均相同；圆环贴片上金属层(6)和圆环贴片下金属层(8)的结构和材料相同；中间介质层(7)的材料与另外两层介质层相同。
2.如权利要求1所述的多频段太赫兹带阻滤波器，其特征在于所述的周期排列的N×N个结构单元(3)中，每个结构单元(3)的正视图轮廓均为正方形，正方形的边长为170μm～190μm。
3.如权利要求1所述的多频段太赫兹带阻滤波器，其特征在于所述的圆形贴片上金属层(4)和圆形贴片下金属层(10)材料均为铜，形状均为半径75μm～85μm的圆形，厚度均为0.1μm。
4.如权利要求1所述的多频段太赫兹带阻滤波器，其特征在于所述的上介质层(5)和下介质层(9)的材料均为Rogers RO4003C，形状均为边长170μm～190μm的正方形，厚度均为25μm～35μm。
5.如权利要求1所述的多频段太赫兹带阻滤波器，其特征在于所述的圆环贴片上金属层(6)和圆环贴片下金属层(8)的材料均为铜，形状均为外圆半径75μm～85μm以及内圆半径25μm～35μm的圆环形，厚度均为0.1μm。
6.如权利要求1所述的多频段太赫兹带阻滤波器，其特征在于所述的中间介质层(7)的材料与其它两个介质层的材料相同，为Rogers RO4003C，形状均为边长170μm～190μm的正方形，厚度为35μm～45μm。
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