CN220086342U - 一种基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器，包括介质基板、位于介质基板正面的馈电结构、过渡结构、可重构人工表面等离激元波导和直流偏置电路以及位于介质基板反面的接地板；上层电路板包括馈电部分和可重构人工表面等离激元波导；可重构人工表面等离激元波导包括可调谐人工表面等离激元单元、倒U型结构、电感、变容二极管、PIN二极管和直流偏置电路；利用电感特性滤除电路上的高频交流信号；通过控制PIN二极管、变容二极管的直流电路对可重构人工表面等离激元单元进行色散调控，从而改变该滤波器的截止频率。本实用新型独特但不复杂，在多功能的同时仍然具备较小的体积，该滤波器的截止频率灵活可调。

Description

一种基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器

技术领域

本实用新型属于微波器件技术领域，涉及一种基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器。

背景技术

表面等离激元是一种沿导体表面在光频率范围内传播的独特的表面电磁波。而人工表面等离激元是其在微波及太赫兹频段的延申，它与表面等离激元具有相似的独特性能。人工表面等离激元的表面电磁波具有强场约束性，可以将电磁能量束缚在亚波长范围内且沿周围呈指数衰减。此外，人工表面等离激元的色散特性可以通过优化周期性单元结构的几何参数实现任意调整，具有通用性，获得了广泛的关注。

滤波器是现代通信系统的重要器件，主要用于微波和射频模块，它用来传输所需频率的信号并屏蔽带外信号。随着5G、软件定义无线电等技术的发展，要求射频前端具备灵活重构能力，如通信频段和信道带宽的可重构等。基于可重构滤波器的射频前端能够灵活切换通信频段和带宽，显著提高频谱利用效率和抗干扰能力。

传统可重构射频前端通常采用并联多个独立滤波器的方案，通过开关完成不同滤波器的选通以实现不同频段的切换，该方案存在着成本高、体积大的等缺点。而人工表面等离激元结构具有天然的低通特性，可以通过色散曲线来准确预知通带频率范围，为可重构滤波器的实现提供了一种极佳的方案。

实用新型内容

为了解决可重构滤波器成本高、体积大的问题，以及如何简单准确的预估滤波器的截止频率的问题，本实用新型提供一种人工表面等离激元截止频率可调的滤波器。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器，包括：介质基板、位于介质基板正面的馈电结构、可重构人工表面等离激元波导、馈电部分到所述可重构人工表面等离激元波导的过渡部分和直流偏置电路和位于介质基板反面的接地板；

所述过渡部分，由微带线、两个直角三角形的贴片结构和两个有一定倾斜角的矩形条带结构组成；

所述可重构人工表面等离激元波导由N个可调谐人工表面等离激元单元组成，其中N≥2；

所述可调谐人工表面等离激元单元由可重构人工表面等离激元单元、PIN二极管、变容二极管、倒U型单元和电感组成；

所述可重构人工表面等离激元单元通过PIN二极控制单元类型，从而控制色散行为；可重构人工表面等离激元单元右侧引入变容二极管及倒U型单元通过直流偏置电路进行色散调控，增加截止频率可调频点及可调范围；

进一步的，所述基于人工表面等离激元滤波器的截止频率由可调谐人工表面等离激元单元的色散曲线的截止频率来决定，与其一一对应，便于设计。

进一步的，所述馈电部分到所述可重构人工表面等离激元波导的过渡部分不需要多个横向单元的来进行过渡，实现了小型化，同时避免了在进行色散调控时出现波矢量不匹配的情况。

进一步的，所述可重构人工表面等离激元单元可切换两种结构类型，为改滤波器可调频点增加了一倍，同时增大了可调范围。

进一步的，所述可调谐人工表面等离激元单元将可重构人工表面等离激元单元、变容二极管和倒U型单元级联，减小了可重构滤波器的体积，通过控制偏置电路的电压大小进行色散调控，从而改变滤波器的截止频率。

进一步的，所述可重构人工表面等离激元单元可切换两种结构类型，为改滤波器可调频点增加了一倍，同时增大了可调范围。

进一步的，基于变容二极管的电容值随电压变化而变化的特性，实现了截止频率的灵活可调。

进一步的，所述电感具备通直流隔交流的特性，用于滤除电路上的高频交流信号。

与现有技术相比，本实用新型有以下技术效果：

本发明在人工表面等离激元的过渡结构上采用了微带线、两个直角三角形的贴片结构和两个有一定倾斜角的矩形条带组成的结构代替了传统的多个横向单元的过渡结构，提出的可调谐人工表面等离激元单元很好地模拟了光波段的表面等离激元，色散曲线偏离光线具备慢波效应，和传统可重构滤波器相比，该滤波器能通过对可调谐人工表面等离激元单元进行仿真能准确预测截止频率，不需要改变滤波器结构，仅仅调节偏置电路电压大小便能实现截止频率稳定的可调，该滤波器还具有结构简单、尺寸小、易于加工、传输率高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1为基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器的主视图；

图2为基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器的整体结构示意图；

图3为基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器的直流偏置电路；

图4为可重构人工表面等离激元单元色散曲线图；

图5为基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器仿真的传输系数图；

图6为基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器部分仿真和实测结果图；

附图标记如下：

1- 介质板 ；2- 馈电部分、3- 人工表面等离激元波导过渡部分、4-可调谐人工表面等离激元单元、41-可重构人工表面等离激元单元、42-PIN二极管、43-变容二极管、44-倒U型单元、45-电感、5- 直流偏置电路、6- 接地板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，一种基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器，包括：介质基板1、位于介质基板正面的馈电结构2、可重构人工表面等离激元波导4、馈电部分到所述可重构人工表面等离激元波导的过渡部分3和直流偏置电路5和位于介质基板反面的接地板6；

过渡部分3，由微带线、两个直角三角形的贴片结构和两个有一定倾斜角的矩形条带结构组成，实现了小型化，同时避免了在进行色散调控时出现波矢量不匹配的情况；

可重构人工表面等离激元波导由N个可调谐人工表面等离激元单元组成，其中N≥2；

可调谐人工表面等离激元单元41由可重构人工表面等离激元单元411、PIN二极管412、变容二极管413和倒U型单元414和电感415组成；

可重构人工表面等离激元单元411通过PIN二极管412控制单元类型，从而控制色散行为；可重构人工表面等离激元单元411右侧引入变容二极管413及倒U型单元414通过直流偏置电路进行色散调控，增加截止频率可调频点及可调范围；

如图3所示的偏置电路5，在偏置电路5与可重构人工表面等离激元单元411之间加入电感415来滤除电路上的高频交流信号。

如图4所示的可调谐人工表面等离激元单元41的色散曲线图，通过偏置电路改变PIN二极管412的状态与变容二极管413的电容大小可以调节色散曲线截止频率的大小。

如图5所示的基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器仿真的传输系数图，滤波器的截止频率与图4中的色散曲线截止频率一一对应，通过偏置电路改变PIN二极管412的状态与变容二极管413的电容大小，截止频率能稳定的降低。

如图6所示的基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器部分仿真和实测结果图，除了通带内的插入损耗不理想外，滤波器的仿真与实测结果基本吻合，这主要是由基材和连接器的损耗造成的。

本实施例为基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器，截止频率可在5.7GHz ~ 7.7 GHz内可调，带内插损小于1.5dB，带外抑制在15GHz内大于30dB。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器，其特征在于，包括：介质基板(1)、位于介质基板正面的馈电结构(2)、可重构人工表面等离激元波导(4)、馈电部分到所述可重构人工表面等离激元波导的过渡部分(3)和直流偏置电路(5)和位于介质基板反面的接地板(6)，

所述可重构人工表面等离激元波导(4)由N个可调谐人工表面等离激元单元(41)组成，其中N≥2；

所述可调谐人工表面等离激元单元(41)由可重构人工表面等离激元单元(411)、PIN二极管(412)、变容二极管(413)、倒U型单元(414)和电感(415)组成。

2.如权利要求1所述的基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器，其特征在于：所述可重构人工表面等离激元单元(411)通过直流偏置电路(5)控制PIN二极管(412)状态改变人工表面等离激元单元结构类型，从而控制色散行为；可重构人工表面等离激元单元(411)右侧引入变容二极管(413)及倒U型单元(414)通过直流偏置电路(5)进行色散调控，增加截止频率可调频点及可调范围。

3.如权利要求1所述的基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器，其特征在于：所述过渡部分(3)，由微带线、两个直角三角形的贴片结构和两个有一定倾斜角的矩形条带结构组成。

4.如权利要求1所述的基于人工表面等离激元截止频率可调的滤波器，其特征在于：变容二极管(24)位于可重构人工表面等离激元单元(411)和倒U型单元(414)之间。