[发明专利]极化和宽角度入射不敏感三波段超材料带通滤波器

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体的说，是一种微波段的极化和宽角度入射不敏感三波段超材料带通滤波器。

背景技术

微波是指频率为0.3-3000GHz的电磁波，分为分米波、厘米波和毫米波。微波段电磁频谱具有不同于其他波段的重要特点，比如穿透性、非电离性和信息性等，广泛应用于微波器件的制作、雷达科技和现代通信系统等中。

近年来，超材料(又称新型人工电磁材料)得到了研究者们广泛的关注，其具备一些自然界现有材料所不具备的性质，例如负折射率、逆多普勒效应等。超材料指电磁波在其中传播时具有特殊传导或辐射特性的人工复合材料，早期人们研究主要集中在左手材料上，它是一种可以人工设计、满足特定等效介电常数和磁导率要求的电磁材料。超材料可以实现常规材料所不能实现的特性，例如隐身衣、超透镜等，还可以改善现有设备的性能，在电磁隐身、通信系统和成像技术等领域有着极其重要的应用。

2005年，东南大学的罗国青等人采用基片集成波导(SIW)技术设计了一系列性能优异的微波滤波器件。SIW技术不仅保持着传统金属波导的优点，例如高Q值、高选择性等，还可以用来设计带通滤波器。SIW技术的引入极大的提高了传统滤波器的性能。

2008年，南京理工大学的徐蓉蓉等人设计出了一种工作在微波段的双波段带通滤波器，该滤波器通过在传统谐振缝隙中加载电容，继而改变电容值实现了工作在微波段的双波段带通滤波器。通过改变电容值即可方便的实现双波段设计，但是由于在一个结构单元中需要焊接4个电容，整个滤波器就需要焊接大量的电容，这给样板加工带来极大的不便。此外，从仿真和实验数据来看，两个工作通带较为窄，滤波性能并不是很理想。

2011年，空军工程大学的周航等人设计出了一种工作在微波段的三波段二阶宽带带通滤波器，该滤波器采用贴片-孔洞-贴片(PAP)结构，通过设定不同尺寸的PAP，在微波段实现了工作频带分别为9.13-9.60GHz、11.11-11.61GHz和13.32-13.96GHz的三波段二阶宽带带通滤波器。该滤波器具有高选择性以及在宽角度入射(0～30°)下具有稳定滤波性能的特性，但由于滤波器单元采用金属-介质层-金属-介质层-金属多层结构，不便于样品加工。

2013年，南京理工大学的王德松等人设计出了一种工作在微波段的三波段宽带带通滤波器，该滤波器采用典型的金属-介质层-金属三明治结构，在微波段实现了三个具有传输零点的工作频带。该滤波器具有低剖面以及对极化不敏感、宽角度入射(0～45°)下具有稳定滤波性能的特性。但从透射谱线来看，滤波器三个工作频带均较窄，通带边缘不够陡峭，通带的选择性不是太好。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种极化和宽角度入射不敏感三波段超材料带通滤波器，这种滤波器具有极化不敏感、宽角度入射和通带选择性好的优良特性，而且几何结构设计简单，易于加工，成本低。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种极化和宽角度入射不敏感三波段超材料带通滤波器，其特征在于：包括第一结构化金属层、介质层和第二结构化金属层，所述介质层两面镀有金属层，分别为第一结构化金属层和第二结构化金属层；所述第一结构化金属层和第二结构化金属层为金属方环谐振单元周期排列而构成的金属表面，所述金属方环谐振单元为依次嵌套的若干金属方环；贯穿第一结构化金属层、介质层和第二结构化金属层周期性地等间距开设多组金属化过孔，使得在每个金属方环谐振单元周围形成一个环绕金属方环谐振单元的方形基片集成波导腔体。

本发明中，优选的，所述的第一、第二结构化金属层采用材料为铜。

本发明中，优选的，所述的介质层为F4B介质板。

本发明中，优选的，所述金属化过孔孔壁的厚度为0.025mm。

本发明中，优选的，所述金属化过孔直径和相邻过孔间孔心距比值大于0.5。

本发明中，优选的，所示金属化过孔直径为0.5mm，相邻金属化过孔间孔心距为0.72mm。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

1、本发明极化和宽角度入射不敏感三波段超材料带通滤波器与传统的三波段超材料宽带带通滤波器相比，由于基片集成波导的引入，通过缝隙谐振模式和腔体谐振模式的耦合，提高了滤波器的通带选择性。此外，在两种极化方式下滤波器宽角度入射性能的稳定性也得到了很大的提升。