CN113972454A - 基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，包括共面波导馈电部分(1)和带交指结构的SSPP传输部分(2)，共面波导馈电部分(1)和带交指结构的SSPP传输部分(2)都印制在介质基板(3)上。本发明的太赫兹带通滤波器，通过在共面波导中间金属上设计周期性的交指结构，不仅将共面波导的准TEM波转化成了支持SSPPs传播的TM波，还实现了太赫兹高效的带通滤波器的性能。通过改变SSPPs的周期单元长度来控制高频截止频率的特性；通过改变交指结构的参数来控制低频截止频率特性。相比较传统的带通滤波器，本滤波器具有宽带宽，性能优越，结构简单，制作方便等优点。

Description

基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器
技术领域
本发明涉及带通滤波器，具体涉及一种基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹高效带通滤波器。
背景技术
共面波导由介质基板上面的中心金属条带以及两侧的有限宽度接地面组成，其传输的是TEM波，没有截止频率。随着通信技术的发展，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，故共面波导在无线通信中有广泛的应用。
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(SSPPs)。人工表面等离激元继承了表面等离激元大部分的有点，例如：场的束缚性和无衍射极限等，同时SSPPs的物理特性可以被轻易地控制通过优化结构的物理参数，因此在微波波段有独特的优越性和发展前景。
经典的SSPPs都是由传统的扩口地和齿轮状的结构来实现信号的激励以及传输。例如：Zhao等人在Sci.Rep.(vol.6,Oct.2016,Art.no.36069)上发表的“A novelbroadband band-pass filter based on spoof surface plasmon polaritons”以及Ma等人在Laser Photon.Rev.(vol.8,no.1,pp.146–151,Jan.2014)上发表的“Broadband andhigh-efficiency conversion from guided waves to spoof surface plasmonpolaritons”。然而，扩口地结构不利于传输效率的提升和小型化。
为了实现太赫兹频段的滤波，一些金属光栅结构和谐振结构在一些文献中被提出来。例如，Song等人在IEEE Transactions on THz Sci.Techn.(vol.5,no.1,Jan.2015)发表的“Narrow-Linewidth and High-Transmission Terahertz Bandpass Filtering byMetallic Gratings”提出了金属光栅结构。Rahul等人提出的基于T型谐振器的结构在IEEEPhoton.Technol.Lett(vol.31,no.3,Feb.2019)发表，文章名称是“Spoof SurfacePlasmon Polaritons Based Reconfigurable Band-Pass Filter”。与此同时，利用双层超材料共振的方法也被Lan和Zhu等人提出来，并分别发表在Opt.Lett.(Apr.2014/vol.39,no.7)“Terahertz dual-resonance bandpass filter using bilayer reformativecomplementary metamaterial structures”和Opt.Lett.(vol.37,no.3/Feb.2012)“Terahertz bandpass filters using double-stacked metamaterial layers”上。但是，金属光栅结构以及双层超材料结构复杂不利于设计和灵活的集成，此外谐振结构传输效率相对较低。
在文献Appl.Phys.Lett.(vol.104,no.19.May.2014,Art.no.191603)“An ultra-wideband surface plasmonic filter in microwave frequency”和IEEE Access(Digital Object Identifier 10.1109/ACCESS.2019.2963062)“A High EfficiencyBand-Pass Filter Based on CPW and Quasi-Spoof Surface Plasmon Polaritons”中，Wang和Chen等人分别提出一种基于标准50欧姆的共面波导的SSPPs结构与交指带通滤波器结构。交指带通滤波器结构利用在共面波导的中间金属添加交指结构来实现高效传输、带通可调等性能，同时移除了传统的模式转化结构来实现小型化的特性。
目前，大部分的太赫兹频段带通滤波器采用设计耦合结构或者使用多层超材料等方法，不仅带宽窄、无法同时控制高低截止频率，结构也相对复杂。如今，5G技术的快速发展对带通滤波器的频率、带宽、传输效率以及尺寸的要求也在提高。因此，如何设计一款满足宽带宽、高效率、频率可调、小型化等特点的带通滤波器成为了目前研究的热点和难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带宽，高传输效率，结构简单的太赫兹带通滤波器。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，包括印制在介质基板上的共面波导馈电部分和带交指结构的SSPP传输部分，共面波导馈电部分设置在带交指结构的SSPP传输部分两端。
进一步的，所述带交指结构的SSPP传输部分包括周期性排列的若干传输模块和若干矩形条，矩形条设置在传输模块两侧，各传输模块之间及两端传输模块与共面波导馈电部分之间通过矩形条连接。
进一步的，所述共面波导馈电部分与带交指结构的SSPP传输部分的中间金属条带的宽度相同，所述共面波导馈电部分与带交指结构的SSPP传输部分的中间金属条与两侧金属地之间的缝隙相同。
进一步的，所述共面波导馈电部分与带交指结构的SSPP传输部分的中间金属条带的宽度是38.5μm；共面波导馈电部分与带交指结构的SSPP传输部分的中间金属条与两侧金属地之间的缝隙是5.5μm。
进一步的，所述传输模块是由半椭圆结构-交指结构-半椭圆结构组成。
进一步的，所述传输模块的的长度是33.5μm。
进一步的，所述矩形条的宽度为2.75μm。
进一步的，所述传输模块中半椭圆的半轴长是13.75μm。
进一步的，所述交指结构长度为6.6μm，宽度和缝隙均为1μm。
进一步的，所述介质基板(3)为石英，相对介电常数为3.75，损耗正切为0.0004，厚度为27.5μm。
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交指结构的太赫兹带通滤波器，通过人工表面等离激元与交指结构相结合，大大提高了滤波器的通带效率与截止频率可控性；通过改变SSPP结构的单元尺寸，可以控制带通滤波器的高截止频率；通过改变交指结构的尺寸，可调节滤波器的低截止频率，从而实现带通滤波器的通带可调性；基于共面波导结构设计带交指结构的SSPP带通滤波器，相比传统SSPP滤波器，大大缩小了结构尺寸，并且便于集成与加工，在太赫兹波段有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明施例中的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器结构示意图；
图2是本发明施例中的带交指结构的SSPP传输部分的结构示意图；
图3是本发明施例中的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器的仿真S参数图。
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和2所示，本发明的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，(a)为俯视图，(b)为侧视图，(c)为正视图，包括共面波导馈电部分1，带交指结构的SSPP传输部分2，介质基板3，该滤波器的金属结构全部印刷在介质基板3上。共面波导馈电部分1用来实现50欧姆的馈电信号。
带交指结构的SSPP传输部分2用来实现共面波导的准TEM模向SSPPs波(TM波)的转化，并且该部分的单元长度也被用来控制带通滤波器的高频截止频率。带交指结构的SSPP传输部分2中的交指结构可以产生电容，从而滤掉低频波并控制带通滤波器的低频截止频率。该滤波器去除了传统SSPPs结构的扩口地馈电结构，结构简单，实现了小型化。
该滤波器总长度为368.5μm，共面波导馈电部分1和带交指结构的SSPP传输部分2的中间金属与金属地的宽度均为38.5μm，接地金属条带与中间金属条带的缝隙均5.5μm。带交指结构的SSPP传输部分2中x方向半椭圆半轴长为13.75μm，连接各传输单元的矩形条宽度为2.75μm(图2中a)，交指结构长度为6.6μm，交指结构的宽度以及缝隙宽度均为1μm(图2中b)。介质基板3为石英，相对介电常数为3.75，损耗正切为0.0004，厚度为27.5μm。通过调节传输单元的半椭圆的半轴尺寸，交指结构的长度等参数，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交指结构的太赫兹带通滤波器的S参数，该滤波器具有带通的特性，其工作范围为0.57到2.15THz，滤波器具有很高的带通传输效率，其相关的S参数特性为|S11|<-13dB且|S21|>-2.6dB。

Claims (10)

1.基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，包括印制在介质基板(3)上的共面波导馈电部分(1)和带交指结构的SSPP传输部分(2)，共面波导馈电部分(1)设置在带交指结构的SSPP传输部分(2)两端。
2.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述带交指结构的SSPP传输部分(2)包括周期性排列的若干传输模块和若干矩形条，矩形条设置在传输模块两侧，各传输模块之间及两端传输模块与共面波导馈电部分(1)之间通过矩形条连接。
3.根据权利要求2所述的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述共面波导馈电部分(1)与带交指结构的SSPP传输部分(2)的中间金属条带的宽度相同，所述共面波导馈电部分(1)与带交指结构的SSPP传输部分(2)的中间金属条与两侧金属地之间的缝隙相同。
4.根据权利要求3所述的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述共面波导馈电部分(1)与带交指结构的SSPP传输部分(2)的中间金属条带的宽度是38.5μm；共面波导馈电部分(1)与带交指结构的SSPP传输部分(2)的中间金属条与两侧金属地之间的缝隙是5.5μm。
5.根据权利要求2所述的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述传输模块是由半椭圆结构-交指结构-半椭圆结构组成。
6.根据权利要求5所述的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述传输模块的的长度是33.5μm。
7.根据权利要求5所述的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述矩形条的宽度为2.75μm。
8.根据权利要求5所述的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述传输模块中半椭圆的半轴长是13.75μm。
9.根据权利要求5所述的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述交指结构长度为6.6μm，宽度和缝隙均为1μm。
10.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元和交指结构的太赫兹带通滤波器，其特征在于，所述介质基板(3)为石英，相对介电常数为3.75，损耗正切为0.0004，厚度为27.5μm。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114639966A (zh) * 2022-05-17 2022-06-17 中国计量大学 可编程的人工表面等离激元波调控装置及控制方法
CN116053735A (zh) * 2023-03-20 2023-05-02 电子科技大学 一种可调太赫兹SSPPs传输线

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6161437A (en) * 1998-04-09 2000-12-19 Georgia Tech Research Corporation Method and apparatus for evaluating an analyte
JP2005345402A (ja) * 2004-06-07 2005-12-15 Shimadzu Corp 表面プラズモン共鳴による測定装置及びそれを用いた分析装置
CN111555003A (zh) * 2020-05-06 2020-08-18 徐州纽卡电子科技有限公司 基于共面波导和人工表面等离激元的太赫兹低通滤波器
CN112002969A (zh) * 2020-08-31 2020-11-27 北京邮电大学 超薄柔性领结交指人工表面等离子体激元共面带通滤波器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6161437A (en) * 1998-04-09 2000-12-19 Georgia Tech Research Corporation Method and apparatus for evaluating an analyte
JP2005345402A (ja) * 2004-06-07 2005-12-15 Shimadzu Corp 表面プラズモン共鳴による測定装置及びそれを用いた分析装置
CN111555003A (zh) * 2020-05-06 2020-08-18 徐州纽卡电子科技有限公司 基于共面波导和人工表面等离激元的太赫兹低通滤波器
CN112002969A (zh) * 2020-08-31 2020-11-27 北京邮电大学 超薄柔性领结交指人工表面等离子体激元共面带通滤波器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHAO-MIN CHEN等: "A High Efficiency Band-Pass Filter Based on CPW and Quasi-Spoof Surface Plasmon Polaritons", 《IEEE ACCESS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114639966A (zh) * 2022-05-17 2022-06-17 中国计量大学 可编程的人工表面等离激元波调控装置及控制方法
CN116053735A (zh) * 2023-03-20 2023-05-02 电子科技大学 一种可调太赫兹SSPPs传输线
CN116053735B (zh) * 2023-03-20 2024-03-08 电子科技大学 一种可调太赫兹SSPPs传输线

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