基于人工表面等離激元的帶阻濾波器及其阻帶引入方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于新型人工電磁媒質W及無線通信系統電子器件領域，具體設及一種基 于人工表面等離激元的帶阻濾波器。'
【背景技術】
[0002] 人工表面等離激元是為了在微波段和太赫茲波段實現表面等離激元而提出的一 種表面波，因為表面等離激元原本只存在光波段，當頻率降低到微波和太赫茲波段，金屬將 不再支持運種表面等離激元。因此人們提出了很多方法實現人工表面等離激元，比如利用 金屬表面層上的一維或者二維的亞波長周期結構就可W模擬光波段的表面等離激元現象。 其中，很多有價值的工作都是利用亞波長的權皺結構實現的。人工表面等離激元傳輸線的 豐富，也進一步推動了從傳統傳輸線到人工表面等離激元波導過渡結構的發展。過渡結構 的簡單化，也使得人們對于人工表面等離激元的研究越來越深入。
[0003] 隨著人工表面等離激元的一系列理論和概念的完善，基于人工表面等離激元的功 能器件也逐漸走入大家的視線。此前，已經有了很多基于人工表面等離激元的分波器、天線 等結構被提出。作為重要功能器件的濾波器也已經有了很多種方式可W實現，比如利用電 諧振超材料單元引入表面阻抗的失配，進而在人工表面等離激元的傳輸中引入阻帶;還有 利用傳統人工表面等離激元波導的低通特性結合介質集成波導的高通特性來實現具有帶 通特性的濾波器，然而運兩種方法都需要借助另外的結構來實現濾波特性。此外，還有一種 利用人工表面等離激元傳輸線的自身結構實現濾波特性的方式。該方法在傳統的雙邊帶權 皺帶線人工表面等離激元傳輸線中斷開一段，由禪合的單邊權皺帶線進行連接，單邊權皺 帶線和雙邊權皺帶線的禪合部分可W看作是在傳輸線中引入了并聯電容，從而實現了帶通 的效果。

【發明內容】

[0004] 技術問題:本發明的目的是提供一種基于人工表面等離激元的帶阻濾波器，該結 構利用傳統的共面波導傳輸線進行饋電，通過槽深漸變的雙邊權皺帶線和開口的金屬地結 構實現了從共面波導傳輸線到表面等離激元波導的高效轉換，將傳統雙邊權皺帶線傳輸線 的兩個單元結構看做一個新的單元結構，并將新的單元結構間隔一定距離周期排列，形成 一種新的人工表面等離激元傳輸線。新單元結構之間空隙的電容效應即可W在人工表面等 離激元的傳輸頻帶中引入一個阻帶，實現帶阻濾波器的性能。從而實現人工表面等離激元 在部分頻率范圍內截止，在其他頻率范圍內正常傳輸的功能。相比于已有的基于人工表面 等離激元的濾波器結構，本發明具有設計簡單，易于加工，體積小，無需外加結構等優點，在 未來微波和太赫茲波段的等離激元集成電路和通信系統中有著重要的前景。
[0005] 技術方案:一種基于人工表面等離激元的帶阻濾波器，包括介質基底及附在所述 介質基底上層的金屬結構，所述金屬結構包括設置于中屯、部位的引入了電容結構的表面等 離激元傳輸線部分、兩個軸向對稱設置于所述引入了電容結構的表面等離激元傳輸線部分 兩側的共面波導傳輸線到表面等離激元波導的過渡部分、兩個軸向對稱設置于所述過渡部 分外側的共面波導傳輸線饋電部分；
[0006] 所述共面波導傳輸線饋電部分包括中屯、導體帶線和徑向分布于中屯、導體兩側的 金屬地結構；
[0007] 所述過渡部分由設置于中屯、部位的槽深漸變的雙邊權皺帶線和徑向分布于槽深 漸變的雙邊權皺帶線兩側的開口的金屬地結構成;所述金屬開口地結構由共面波導傳輸線 饋電部分的金屬地結構延伸而出，相對的兩條邊按指數變化逐漸遠離;所述槽深漸變的雙 邊權皺帶線由中屯、導體帶線延伸而出，均勻間隔開設有設定寬度的凹槽，所述凹槽隨著延 伸長度方向逐漸加深，相鄰凹槽深度差為0.28mm;
[0008] 所述引入了電容結構的表面等離激元傳輸線部分由若干個獨立單元結構間隔 0.8-1.2mm周期平移而成，所述獨立單元結構由兩個傳統雙邊權皺帶線表面等離激元波導 的單元結構組成，所有單元結構的凹槽深度相等。
[0009] 進一步的，每兩個獨立單元結構間隔1mm。
[0010] 進一步的，所述凹槽隨著延伸長度方向逐漸加深，相鄰凹槽深度差為0.28mm。
[0011] 進一步的，引入了電容結構的表面等離激元波導傳輸線人工表面等離激元波導是 平面的。
[0012] 進一步的，所述雙邊權皺帶線的凹槽為矩形。
[0013] 進一步的，所述獨立單元結構中，雙邊權皺帶線的凹槽寬度為2mm，深度為4mm，凹 槽間距為5mm。
[0014] 本發明還提供一種基于人工表面等離激元的帶阻濾波器實現的阻帶引入方法，利 用若干個獨立單元結構之間的縫隙，在人工表面等離激元傳輸線中間引入了電容結構，使 得原有的表面阻抗產生失配，進而在人工表面等離激元的傳輸頻帶內引入阻帶。
[0015] 有益效果:本發明的一種基于人工表面等離激元的帶阻濾波器，采用傳統的共面 波導傳輸線進行饋電，在傳統的人工表面等離激元傳輸線中間引入電容結構，使得表面阻 抗產生失配，進而在人工表面等離激元的傳輸頻帶內引入阻帶。傳統的共面波導傳輸線阻 抗設計匹配到50歐姆，便于實現最大功率傳輸。
[0016] 所述的基于人工表面等離激元的帶阻濾波器從傳統共面波導傳輸線到表面等離 激元波導的過渡采用了槽深漸變的雙邊權皺帶線結構和開口的金屬地結構，實現兩種波導 之間的波數匹配和阻抗匹配，進而實現功率傳輸最大化。
[0017] 所述的基于人工表面等離激元的帶阻濾波器，W兩個傳統的雙邊權皺帶線傳輸線 的單元結構組成新的單元結構，新單元結構間隔一定距離周期排列，新單元結構之間的空 隙會引起人工表面等離激元波導表面阻抗的失配，從而造成人工表面等離激元傳輸截止； 但也是由于新單元結構之間的空隙，使得人工表面等離激元在截止W后可W通過電容的禪 合效應繼續傳輸。
[0018] 相比于已有的基于人工表面等離激元的濾波器，本發明具有設計簡單，易于加工， 體積小，無需外加結構等優點，在未來微波和太赫茲波段的等離激元集成電路和通信系統 中有著重要的前景。
【附圖說明】
[0019] 圖1給出了基于人工表面等離激元的帶阻濾波器的示意圖。
[0020] 圖2給出了傳統雙邊權皺帶線單元結構的色散曲線W及新單元結構的色散曲線；
[0021] 圖3給出了本發明提出的人工表面等離激元傳輸線的電路模型；
[0022] 圖4(a)給出了所述基于人工表面等離激元的帶阻濾波器的仿真和測試的散射參 數中頻率與反射系數圖；
[0023] 圖4(b)給出了所述基于人工表面等離激元的帶阻濾波器的仿真和測試的散射參 數中頻率與傳輸系數圖；
[0024] 圖5給出了所述基于人工表面等離激元的帶阻濾波器的近場測試圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0026] 本發明的一種基于人工表面等離激元的帶阻濾波器，采用傳統共面波導傳輸線饋 電方式，利用傳輸線中引入的電容效應實現帶阻濾波器的特性。傳統的共面波導傳輸線阻 抗設計匹配到50歐姆，便于實現最大功率傳輸;所述基于人工表面等離激元的帶阻濾波器 從傳統共面波導傳輸線到表面等離激元波導的過渡采用了槽深漸變的雙邊權皺帶線結構 和開口的金屬地結構，實現兩種波導之間的波數匹配和阻抗匹配，進而實現功率傳輸最大 化。所述的基于人工表面等離激元的帶阻濾波器利用兩個傳統的雙邊權皺帶線傳輸線的單 元結構組成新的結構，新的單元結構間隔一定距離周期排列，新單元結構之間的空隙會引 起人工表面等離激元波導表面阻抗的失配，從而造成人工表面等離激元傳輸截止；同時也 是由于新單元結構之間的空隙，使得人工表面等離激元在截止W后可W通過電容的禪合效 應繼續傳輸。下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0027] 圖1給出了所述基于人工表面等離激元的帶阻濾波器的示意圖，包括介質基底及 附在所述介質基底上層的金屬結構，所述金屬結構包括設置于中屯、部位的引入了電容結構 的表面等離激元傳輸線部分3、兩個軸向對稱設置于所述引入了電容結構的表面