一種基于人工表面等離激元的可調帶阻濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可調帶阻濾波器，特別是一種基于人工表面等離激元的可調帶阻濾波器。
【背景技術】
[0002]微波濾波器作為通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、測量系統(tǒng)中基本的器件之一，其性能會影響到整個通信系統(tǒng)的質量。在日益擁擠的無線頻譜資源和復雜的電磁環(huán)境下，近年來無線通信領域的一個研宄熱點是如何有效利用頻譜資源。為了解決這一問題且滿足現(xiàn)代通訊系統(tǒng)對設備“靈活多變”的需要，電控技術應運而生。一般情況下，制作一個電調諧濾波器，需要將有源開關或可調器件，如PIN管、變容二極管，或其他以功能材料為基礎的元件，包括鐵電變容二極管，把它們集成在無源器件中，從而通過調控外界電壓，實現(xiàn)濾波頻率的變換。電調諧濾波器具有結構簡單，調諧速度快等優(yōu)良特性。
[0003]利用結構化金屬表面把電磁波強束縛在導體表面的早期工作可以追溯到上世紀五、六十年代，研宄人員利用皺褶的金屬表面在微波段實現(xiàn)電磁表面波的傳輸。2005年，英國帝國理工大學的John B.Pendry教授及其合作者首次提出了人工表面等離激元的概念，指出二維周期挖孔的結構化金屬表面具有與光波段金屬結構表面等離激元相似的色散特性，能夠把電磁波約束在金屬/介質界面遠小于波長的范圍內傳輸。這種結構化金屬表面的等效等離子體頻率僅與表面結構的幾何參數(shù)有關，可以拓展到遠紅外、太赫茲和微波波段。繼John B.Pendry的工作之后，英國?？巳卮髮W的A.P.Hibbins等和巴斯大學的C.R.Williams等人先后在微波和太赫茲波段實驗驗證了人工表面等離激元的存在。通過改變金屬表面的結構參數(shù)來人為控制人工表面等離子體頻率，使其延伸到太赫茲和微波段，實現(xiàn)對太赫茲波和微波的強束縛，為在低頻段(遠紅外、太赫茲、微波波段)金屬表面上實現(xiàn)亞波長波的傳輸和局域開辟了一條有效途徑?；谶@種周期性光柵導波結構，我們提出了一種人工表面等離激元帶阻濾波器設計。這種濾波器結構相比傳統(tǒng)的濾波器結構更加緊湊，而且結構簡單，具有柔性，更易于與集成到微波集成電路中。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是要提供一種結構簡單，調諧速度快的基于人工表面等離激元的可調帶阻濾波器
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該可調帶阻濾波器包括:介質基板和兩端的端口 ；還包括周期性直金屬光柵、兩個相同的加載變容二極管的金屬開口諧振環(huán)、共面波導和耦合結構；
[0006]所述周期性直金屬光柵波導由中間向兩端分別連接耦合結構和共面波導；兩個相同的加載變容二極管的金屬開口諧振環(huán)與周期性直金屬光柵組合構成可調諧結構；所述共面波導為導波傳輸結構；所述耦合結構為耦合器，耦合結構由槽深漸變的周期性金屬光柵和弧線形狀的金屬導體組成；所述周期性直金屬光柵為槽深相同、周期一致的人工表面等離激元傳輸結構；兩個相同的加載變容二極管的金屬開口諧振環(huán)以相同的形式印制在介質基板正面；所述周期性直金屬光柵兩端順序與耦合結構和共面波導連接的結構，印制在介質基板正面；
[0007]所述的人工表面等離激元傳輸器由周期性排列的金屬單元組成；所述金屬單元為金屬薄膜；所述金屬單元的形狀為矩形，每個金屬單元的長度和寬度均相同；所述金屬單元上均設置有垂直于人工表面等離激元傳輸器長度方向的凹槽；所述凹槽位于人工表面等離激元傳輸器的同側，凹槽的寬度和深度均相同。
[0008]進一步的，兩個相同加載變容二極管的金屬環(huán)開口諧振環(huán)是方形開口環(huán)，并且方形開口環(huán)的開口與直金屬光柵凹槽開口相對放置，方形開口環(huán)開口底邊與凹槽底邊和凹槽兩側邊的間隙相同；通過控制直金屬光柵結構的表面凹槽深度、寬度和周期性來改變金屬表面的色散曲線，設計滿足工作頻段的金屬光柵結構。
[0009]進一步的，所述加載變容二極管以焊接方式加載到金屬開口諧振環(huán)構成可調諧結構；耦合結構實現(xiàn)了由傳統(tǒng)共面波導到由單導線光柵結構的高效匹配，實現(xiàn)了導波到等離子激元之間的高效轉換和傳輸。
[0010]進一步的，加載變容二極管的金屬開口諧振環(huán)為亞波長可調諧結構，兩諧振環(huán)中心間距為三以上整數(shù)倍的金屬單元長度，以削弱兩環(huán)之間的相互干擾。
[0011]進一步的，所述周期性金屬光柵波導為單邊開有周期性光柵結構的金屬結構，支持人工表面等離激元的高效傳輸。
[0012]進一步的，所述共面波導為雙導線結構，中間導體與兩側導體間距不相等，支持導波模式。
[0013]進一步的，通過給變容二極管加載直流偏置電壓，改變諧振環(huán)的諧振頻率，實現(xiàn)帶阻濾波器中心頻率可調。
[0014]進一步的，雙波段可調帶阻濾波器以印刷電路板的方式制作在介質基板上，其中介質基板的另一面為不覆銅的光板。
[0015]有益效果，由于采用了上述方案，獲得厚度對周期開槽結構色散特性的影響之后，提出了柔性、可共形的人工表面等離激元的概念，理論分析和實驗驗證了人工表面等離激元在超薄結構金屬條上的傳輸。這種亞波長結構表現(xiàn)出非常優(yōu)異的導播特性，能實現(xiàn)電磁波沿平面、彎曲、螺旋等不規(guī)則表面的傳輸，具有非常好的應用前景。周期性光柵結構金屬條支持人工表面等離激元的高效傳輸，在信號傳輸和通信技術等領域有重要應用?；谶@種周期性光柵導波結構。
[0016]優(yōu)點:本發(fā)明的可調帶阻濾波器具有結構新穎簡單、重量輕、調諧范圍寬、調諧速度快、性能穩(wěn)定、便于制作、易于和其它的平面微波毫米波電路集成等優(yōu)點，因而在微波毫米波混合集成電路或者毫米波集成電路的應用中有著良好的前景。
[0017](I)本發(fā)明的可調帶阻濾波器可以在單面電路上加工，甚至超薄結構的柔性電路板上加工。
[0018](2)與現(xiàn)有的微帶線相比，該結構不需要地線，可以自由導波，具有非常小的傳輸損耗。
[0019](3)平面化的設計易于利用現(xiàn)有微波、毫米波技術加工，且易于與其他器件集成。
[0020](4)通過控制直金屬光柵結構的表面凹槽深度、寬度和周期性來改變金屬表面的色散曲線，設計滿足工作頻段的金屬光柵結構。
[0021](5)通過調節(jié)加載在變容二極管兩端的電壓，迅速改變可調結構的諧振頻率，很快實現(xiàn)帶阻濾波器中心頻率可調的目的。
【附圖說明】
:
[0022]圖1是本發(fā)明基于人工表面等離激元的可調帶阻濾波器的結構示意圖。
[0023]圖2是金屬單元的結構示意圖。
[0024]圖3是加載變容二極管的金屬開口諧振環(huán)與周期性直金屬光柵的位置關系示意圖。
[0025]圖4是加載變容二極管的金屬開口諧振環(huán)的結構示意圖。
[0026]圖5是本發(fā)明的可調帶阻濾波器的頻率響應的仿真曲線。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步描述。
[0028]實施例1:一種基于人工表面等離激元的可調帶阻濾波器，包括介質基板5和兩端的端口 ；其特征在于，包括周期性直金屬光柵1、兩個相同的加載變容二極管22的金屬開口諧振環(huán)21、共面波導3和耦合結構4 ;
[0029]所述周期性直金屬光柵I由中間向兩端依次連接耦合結構4和共面波導3 ;兩個相同的加載變容二極管的金屬開口諧振環(huán)2與周期性直金屬光柵I組合構成可調諧結構；所述共面波導3為導波傳輸結構；所述耦合結構4為耦合器，
[0030]耦合結構4由槽深漸變的周期性金屬光柵41和弧線形狀的金屬導體42組成；所述周期性直金屬光柵I為槽深相同、周期一致的人工表面等離激元傳輸結構；兩個相同的加載變容二極管的金屬開口諧振環(huán)以相同的形式印制在介質基板正面；所述周期性直金屬光柵兩端順序與耦合結構和共面波導連接的結構，印制在介質基板正面；
[0031]所述的人工表面等離激元傳輸器由周期性排列的金屬單元組成；所述金屬單元為金屬薄膜；所述金屬單元的形狀為矩形，每個金屬單元的長度和寬度均相同；所述金屬單元上均設置有垂直于人工表面等離激元傳輸器長度方向的凹槽；所述凹槽位于人工表面等離激元傳輸器的同側，凹槽的寬度和深度均相同。
[0032]所述兩個相同加載變容二極管22的金屬開口諧振環(huán)21是方形開口環(huán)，并且方形開口環(huán)的開口與直金屬光柵凹槽開口相對放置，方形開口環(huán)開口底邊與凹槽底邊和凹槽兩側邊的間隙相同；通過控制直金屬光柵結構的表面凹槽深度、寬度和周期性來改變金屬表面的色散曲線，設計滿足工作頻段的金屬光柵結構。
[0033]所述加載變容二極管22以焊接方式加載到金屬開口諧振環(huán)21構成可調諧結構；耦合結構實現(xiàn)了由傳統(tǒng)共面波導到由單導線光柵結構的高效匹配，實現(xiàn)了導波到等離子激元之間的高效轉換和傳輸。
[0034]所述加載變容二極管22的金屬開口諧振環(huán)21為亞波長可調諧結構，兩諧振環(huán)中心間距為三以上整數(shù)倍的金屬單元長度，以削弱兩環(huán)之間的相互干擾。
[0035]所述周期性金