CN112002968B - 一种可调谐太赫兹带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可调谐太赫兹带通滤波器，可调谐太赫兹带通滤波器包括N×N个相同的滤波单元，滤波单元包括层叠设置的第一介质层、第一谐振层、形变介质层、第二谐振层、第二介质层；第一谐振层和第二谐振层相同，均为图案化的金属薄层，通过控制施加在周期单元外平面上的分布载荷来改变滤波器的谐振频率，使单通带调谐为双通带。与现有的可调谐太赫兹带通滤波器相比，本发明具有单双频自由变换、调谐响应快且范围可控、结构简单的优点。

Description

一种可调谐太赫兹带通滤波器
技术领域
本发明涉及通信技术及太赫兹功能器件领域，特别是涉及一种可调谐太赫兹带通滤波器。
背景技术
近年来随着太赫兹技术的蓬勃发展相应的功能器件需求也越来越高，对于高集成度的太赫兹系统而言，性能可靠的可调谐滤波器至关重要。目前调谐方法多通过采用特殊的结构或材料以改变滤波器的等效电参数来实现，具体来说有基于温敏材料、液晶、石墨烯等的调谐方式。这些方式存在调谐缓慢延迟大、需外加偏置电压、难以控制调谐范围、成本较高、结构复杂等问题。另外，在现有的可调谐太赫兹带通滤波器中，可调谐仅仅是通带的频率可调，而通带的个数是固定的，这也限制了其应用范围。
基于上述问题，如何设计响应迅速、结构简单、调谐范围可控且通带个数可调的太赫兹滤波器成为本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种基于分布力学载荷控制单双频变换的可调谐太赫兹带通滤波器，即仅需要提供外加压强即可实现通带频率及个数的调谐。
为实现上述目的，本发明提供一种可调谐太赫兹带通滤波器，其特点在于：所述可调谐太赫兹带通滤波器包括N×N个相同的单元，周期排列在与太赫兹波入射方向垂直的平面上，相邻单元间无间距，N为等于或大于1的正整数。
所述单元为5层结构包括：第一介质层，第一谐振层，形变介质层，第二谐振层，第二介质层；所述5层结构的堆叠顺序为：沿着波入射方向，依次为第一介质层，第一谐振层，形变介质层，第二谐振层，第二介质层；
所述第一介质层和第二介质层结构尺寸及材料都相同；所述第一谐振层和第二谐振层结构尺寸及材料都相同；
所述第一介质层和第二介质层材料为环烯烃聚合物；所述第一谐振层和第二谐振层材料为金属；所述形变介质层材料为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(PMI)；
所述第一谐振层和第二谐振层包括：正方形金属环、正方形金属片、第一金属条、第二金属条、第三金属条和第四金属条；所述正方形金属片设置在正方形金属环的中间位置，所述第一金属条、第二金属条、第三金属条、第四金属条等大且每条金属条的一端分别与正方形金属片的四个角相连，另一端分别与正方形金属环的四个角相连。
所述可调谐太赫兹带通滤波器在工作时固定，所述第一介质层承受均匀的、垂直于第一介质层的外加分布载荷，其余4层均不直接承受外加分布载荷。
可选的，所述第一谐振层和第二谐振层的厚度的范围为0.4μm-1μm。
可选的，所述第一介质层和第二介质层的厚度范围为32μm-38μm。
可选的，所述形变介质层的厚度的范围为200μm。
可选的，所述第一谐振层和第二谐振层中正方形金属环外边长为200μm，内边长的范围为176μm-184μm。
可选的，所述正方形金属环的环宽度和金属条的宽度相等，宽度范围为 8μm-12μm。
可选的，所述正方形金属片的边长范围为150μm-160μm。
可选的，所述第一谐振层和第二谐振层的材料为金、银、铜、铝中的一种。
可选的，所述第一介质层所承受的外加分布载荷的范围为0～30N/mm2。
本发明的有益效果为：
1、本发明的可调谐太赫兹带通滤波器，通过调节外加分布载荷的大小，实现了通频带频率的变化，同时实现了通频带个数的变化，即由单频滤波变为双频滤波。
2、本发明的可调谐太赫兹带通滤波器调谐方式简单且响应迅速，无需偏置电压即可实现调谐。
3、本发明的可调谐滤波器结构简单，稳定性好，实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例3×3单元阵列的结构示意图；
图2为本发明实施例单个单元的结构示意图；
图3为本发明实施例单元侧视图；
图4为本发明实施例单元中第一谐振层结构示意图；
图5为本发明实施例承受不同载荷时滤波器透射系数变化的曲线图。
其中，1、第一介质层，2、第一谐振层，3、形变介质层，4、第二谐振层， 5、第二介质层，6、正方形金属环，7、正方形金属片，8、第一金属条，9、第二金属条，10、第三金属条，11、第四金属条，12、太赫兹波入射方向及施加载荷方向。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种通带频率和通带个数皆可调的太赫兹带通滤波器，所述太赫兹带通滤波器包括N×N个相同的单元，周期排列在与太赫兹波入射方向垂直的平面上，相邻单元间无间距，N为等于或大于1的正整数，在本实施例中取N＝3，如图1所示。
如图2所示单元包括第一介质层1、第一谐振层2、形变介质层3、第二谐振层4、第二介质层5。太赫兹波依次通过所述第一介质层1、第一谐振层2、形变介质层3、第二谐振层4、第二介质层5即可实现带通滤波，获得滤波信号。
如图4所示，所述第一谐振层2包括：正方形金属环6，正方形金属片7，第一金属条8，第二金属条9，第三金属条10，第四金属条11；所述正方形金属片设置在正方形金属环的中心位置；所述第一金属条、第二金属条、第三金属条、第四金属条等大且每条金属条的一端分别与正方形金属片的四个角相连，另一端分别与正方形金属环的四个角相连。
本实施例中所述第一介质层和第二介质层的厚度a为35.6μm。
本实施例中所述第一谐振层和第二谐振层厚度b为0.4μm。
本实施例中所述形变介质层的厚度c为200μm。
本实施例中的所述正方形金属环的外边长l为200μm，内边长s为180μm；所述正方形金属片的边长d为160μm；所述第一金属条8、第二金属条9、第三金属条10、第四金属条11的宽度w为10μm。
本实施例中所述第一谐振层2和第二谐振层4的材质为铜；第一介质层1 和第二介质层5的材质为环烯烃聚合物；形变介质层3的材质为PMI泡沫。
图5为在不同的载荷条件下滤波器透射系数的变化，由图5所示，当载荷为0时，所述滤波器为单通带，中心频率为0.72THz，带宽为0.3THz，带内透射系数0.9以上；按图3中太赫兹波入射方向及施加载荷方向12所示方向施加载荷，滤波器的通频带逐渐由单频变化为双频，当载荷增加到30N/mm2时，滤波器的两个通频带的中心频率分别为0.68THz和1.04THz，且双频带内的透射系数均大于0.9。
本文中应用了具体实施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 (9)

1.一种可调谐太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述可调谐太赫兹带通滤波器包括N×N个相同的单元，周期排列在与太赫兹波入射方向垂直的平面上，相邻单元间无间距，N为等于或大于1的正整数；
所述单元为5层结构包括：第一介质层，第一谐振层，形变介质层，第二谐振层，第二介质层；所述5层结构的堆叠顺序为：沿着波入射方向，依次为第一介质层，第一谐振层，形变介质层，第二谐振层，第二介质层；
所述第一介质层和第二介质层结构尺寸及材料都相同；所述第一谐振层和第二谐振层结构尺寸及材料都相同；
所述第一介质层和第二介质层材料为环烯烃聚合物；所述第一谐振层和第二谐振层材料为金属；所述形变介质层材料为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(PMI)；
所述第一谐振层和第二谐振层包括：正方形金属环、正方形金属片、第一金属条、第二金属条、第三金属条和第四金属条；所述正方形金属片设置在正方形金属环的中间位置，所述第一金属条、第二金属条、第三金属条、第四金属条等大且每条金属条的一端分别与正方形金属片的四个角相连，另一端分别与正方形金属环的四个角相连；
所述可调谐太赫兹带通滤波器在工作时固定，所述第一介质层承受均匀的、垂直于第一介质层的外加分布载荷，其余4层均不直接承受外加分布载荷。
2.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述单元中第一谐振层、第二谐振层的厚度的范围为0.4μm-1μm。
3.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述单元中第一介质层、第二介质层的厚度的范围为32μm-38μm。
4.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述单元中形变介质层的厚度为200μm。
5.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述第一谐振层和第二谐振层中正方形金属环的外边长为200μm，内边长为176μm-184μm。
6.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述谐振层中正方形金属环的环宽度和金属条的宽度相等，宽度范围为8μm-12μm。
7.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述谐振层中正方形金属片的边长范围为150μm-160μm。
8.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹带通滤波器，其特征在于，第一谐振层和第二谐振层的材料为金、银、铜、铝中的一种。
9.根据权利要求1所述的可调谐太赫兹带通滤波器，其特征在于，第一介质层所承受的外加分布载荷的范围为0～30N/mm2。
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