CN111769343B - 一种太赫兹双频带阻滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太赫兹双频带阻滤波器，太赫兹双频带阻滤波器包括N×N个相同的正方形单元，周期排列在与波入射方向垂直的平面上，单元之间无间距，每个单元包括金属谐振层和衬底，金属谐振层包括：第一半金属环，第二半金属环，金属环，第一金属条，第二金属条，金属圆；金属圆设置在金属环的中心，第一金属条和第二金属条分别设置在金属环的正上方和正下方，第一半金属环和第二半金属环分别设置在第一金属条和第二金属条的正上方和正下方，第一半金属环和第二半金属环形成有两处间隙的圆环。本发明实现滤波器在太赫兹波段的双阻带特性，具有损耗低、结构简单、材料和工艺成本低的特点。

Description

一种太赫兹双频带阻滤波器
技术领域
本发明涉及太赫兹通信技术领域，特别是涉及一种太赫兹双频带阻滤波器。
背景技术
随着通信技术的发展，现有频谱资源日益紧张，通信波段逐渐向高频移动。太赫兹是介于微波和可见光之间的波段，太赫兹通信兼具微波通信和激光通信的优点。目前，太赫兹通信已在大容量近程军事保密通信、室内超高速通信领域广泛应用。
太赫兹通信系统的发展与其组成器件如天线、调制器、滤波器等的发展息息相关。其中，滤波器是一种选频器件，能够对入射波进行频率选择从而得到需要的波信号。在实景应用中往往多个频段同时工作，此时可以级联两个单频滤波器以实现双频功能，但这种方法存在着体积大、损耗高，难集成的问题，所以研发太赫兹双频滤波器有重要的意义。
现有技术中，双频滤波器有微带型、波导型、同轴型、交指型、螺旋腔型等等，然而在太赫兹频段，波长短导致器件尺寸小，此类滤波器存在损耗高、结构复杂、制备困难的问题。
基于上述问题，如何设计低损耗、结构简单，易于制作，成本低廉的太赫兹双频滤波器成为本领域亟待解决的难题。
发明内容
本发明旨在解决当前太赫兹双频滤波器中存在的损耗大、结构复杂、成本高、工艺难度大，实用性差的问题。提供一种用于太赫兹通信系统的双频带阻滤波器，其具有低损耗、结构简单易制作、成本低的特点，简化了双频滤波器的制作工艺。
所述太赫兹双频带阻滤波器包括N×N个相同的正方形单元，所述单元包括金属谐振层和衬底，N为大于等于2的整数。
N×N个相同的正方形单元无间距的排列在与太赫兹波入射方向垂直的平面上，所述单元包括第一半金属环，第二半金属环，金属环，第一金属条，第二金属条，金属圆；所述金属圆设置在金属环的中心，第一金属条竖直设置在金属环的正上方且下边长与金属环相连，第二金属条竖直设置在金属环的正下方且上边长与金属环相连，第一半金属环设置在第一金属条的上方且与第一金属条相连，第二半金属环设置在第二金属条的下方且与第二金属条相连，第一半金属环和第二半金属环形成一个有间隙的圆环。
所述单个单元边长的范围为600-800um。
所述金属谐振层的厚度的范围为0.4-0.8um。
所述衬底的厚度的范围为100-300um。
所述所有金属条、金属环、半金属环的宽度都相等，宽度范围为15-25um。
所述中心金属圆的半径范围为40-80um。
所述半金属环的外半径的范围为200-240um。
所述金属环的外半径的范围为140-180um。
所述第一半金属环与第二半金属环的间隙的范围为35-50um。
所述太赫兹双频带阻滤波器具有两个阻带。
所述太赫兹双频带阻滤波器两个阻带的中心频率分别在150GHz和390GHz附近。
可选的，所述衬底的材料为环烯烃聚合物，所述传输层的材料为铜、铝、金三种金属中的一种。
本发明的有益效果：
1、本发明的滤波器仅需一层薄膜和一层金属即可实现太赫兹波段的双阻带，体积小，便于集成。
2、本发明的滤波器只需使用PCB印刷技术即可大批量生产，工艺简单且成熟，具有很好的实用性。
3、本发明的滤波器所用薄膜具有良好的柔性，可用于非平面场合，应用范围广。
4、本发明的滤波器阻带外损耗小，滤波性能优良。
附图说明
图1为本发明实施例太赫兹双频带阻滤波器结构示意图；
图2为本发明实施例4×4单元阵列的正视图；
图3为本发明实施例4×4单元阵列的侧视图；
图4为本发明实施例单个金属谐振层结构示意图；
图5为本发明实施例太赫兹双频带阻滤波器性能曲线。
其中，1、衬底，2、金属谐振层，3、太赫兹波入射方向，4、金属圆，5、金属环，6、第一金属条，7、第二金属条，8、第一半金属环，9、第二半金属环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供一种太赫兹双频带阻滤波器，所述太赫兹双频带阻滤波器包括N×N个相同的正方形单元，N为大于等于2的整数，本实施例中取N为4，如图2所示，单元排列在与波入射方向垂直的平面上；单元间无间距，如图3所示，每个单元包括金属谐振层和衬底；所述金属谐振层2与所述衬底1相连。
如图4所示，所述金属谐振层包括：金属圆4、金属环5、第一金属条6、第二金属条7、第一半金属环8、第二半金属环9，所述金属圆4、金属环5、第一半金属环8和第二半金属环9圆心位置相同，第一金属条6竖直设置在金属环5的正上方且下边与金属环5相连，第二金属条7竖直设置在金属环5的正下方且上边与金属环5接触，第一半金属环8设置在第一金属条6正上方且与之相连，第二半金属环9设置在第二金属条7的整下方且与之相连，第一半金属环8和第二半金属环9形成一个有间隙的圆环，所形成的两个间隙大小相等且位于水平方向。
本实施例中所述单个传输单元的边长D为700um，金属谐振层的厚度a为0.6um，所述衬底的厚度b为100um，所述金属圆的半径为50um，所述金属环的外半径为160um，所述第一半金属环和第二半金属环等大，且所述第一与第二半金属环的外半径为220um，所述第一金属条和第二金属条等大，长度为40um，宽度为20um，第一半金属环的直径L为440um，所述第一半金属环与所述第二半金属环的间隙g为40um。
图5为滤波器性能图，图上所示曲线为滤波器的插入损耗曲线，由图5可以看出，滤波器的第一个阻带的中心频率为153GHz，插入损耗为-19.5dB,相对带宽为12.5％；第二个阻带的中心频率为394GHz，插入损耗为-25.5dB，相对带宽为10.7％。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种太赫兹双频带阻滤波器，其特征在于，所述太赫兹双频带阻滤波器包括N×N个相同的正方形单元，所述单元包括金属谐振层和衬底，N为大于等于2的整数；
N×N个相同的正方形单元无间距阵列在与太赫兹波入射方向垂直的平面上，所述金属谐振层与所述衬底相连，所述金属谐振层包括第一半金属环，第二半金属环，金属环，第一金属条，第二金属条，金属圆，所述金属圆设置在金属环的中心，第一金属条竖直设置在金属环的正上方且下边与金属环相连，第二金属条竖直设置在金属环的正下方且上边与金属环相连，第一半金属环设置在第一金属条的正上方且与之相连，第二半金属环设置在第二金属条的正下方且与之相连，第一半金属环和第二半金属环形成一个有间隙的圆环，两个间隙大小相等且位于水平方向；
所述单元的边长的范围为600-800um；
所述金属谐振层的厚度的范围为 0.4-0.8um；
所述衬底的厚度的范围为 100-300um；
所述第一半金属环、所述第二半金属环是等大的；所述第一金属条、所述第二金属条是等大的；
所述金属圆的半径的范围为40-80um；
各金属条的宽度与所述金属环、半金属环的宽度相等，宽度的范围为15-25um；
所述金属环的外半径的范围为140-180um；
所述第一金属条和所述第二金属条的长度为40um；所述第一半金属环和所述第二半金属环的外半径的范围为200-240um，二者间距的范围为35-50um；
所述太赫兹双频带阻滤波器具有两个阻带；
所述太赫兹双频带阻滤波器两个阻带的中心频率分别在150GHz和390GHz附近。
2.根据权利要求1所述的太赫兹双频带阻滤波器，其特征在于，所述衬底的材质为环烯烃聚合物薄膜，所述金属谐振层的材质为铜、铝、金三种金属中的一种。
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