[发明专利]一种基于人工局域表面等离激元的宽带滤波器

说明书

本发明为一种基于人工局域表面等离激元的宽带滤波器。该滤波器的最上层为微带激励结构(1)，在微带激励结构(1)的下面设置上层介质基板(4)，该滤波器的最下层为大面积金属地(3)，在大面积金属地(3)上面设有下层介质基板(6)，在上层介质基板(4)与下层介质基板(6)之间设有人工局域表面等离激元(2)、半固化片(5)；人工局域表面等离激元和微带激励结构的中心重合。该宽带带通滤波器具有匀称的形状和紧凑的尺寸，同时具有可观的带宽、插损及寄生频带抑制；在小型化高集成度的微波电路和器件中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种宽带带通滤波器技术,属于微波毫米波以及通信、雷达、集成电路技术领域。

背景技术

滤波器是微波系统中必不可少的一类器件，其性能对整个微波系统的指标有着至关重要的影响。带通滤波器，是滤波器中最常用的一种。窄带带通滤波器(相对带宽<20％)，可基于滤波器电路综合方法进行设计，如耦合线滤波器、耦合谐振器滤波器等。而宽带带通滤波器，常基于多模谐振器，如阶跃阻抗线、阶跃阻抗谐振环等，并引入结构的对称性破缺使得简并模式劈裂，从而进一步提高带宽。传统微带滤波器中带宽最为理想的就是阶跃阻抗线滤波器，但其形状总是非常细长，且长度难以压缩，不利于电路的小型化设计。

人工局域表面等离激元，为一种基于人工亚波长结构的谐振器，通常为周期锯齿状结构的圆柱或圆盘。人工局域表面等离激元具有和光频的局域表面等离激元相似的特性，如高度的场增强、深度亚波长的场局域性等；因此在制造高灵敏度器件、减小电路和器件尺寸等方面具有很大的应用潜力。人工局域表面等离激元具有多阶谐振模式，在强耦合下，多阶谐振峰可连成谐振频带。由于人工局域表面等离激元所有径向基模(角向的高阶模式)均包含在通带内，寄生通带由难以激励的径向高阶模式产生，因此寄生通带频率高，且寄生通带S₂₁值低。

本发明基于人工局域表面等离激元谐振结构，利用微带激励结构与人工局域表面等离激元间的强耦合，实现对人工局域表面等离激元多个谐振模式的同时有效激励，形成宽带的带通滤波器。此种类型的滤波器具有匀称的形状、紧凑的电路面积，同时保持宽的通带及优良的群时延和寄生谐波抑制特性；通过改变人工局域表面等离激元的结构参数，可实现对滤波器通带的调谐。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种基于人工局域表面等离激元的宽带滤波器，此类滤波器具有匀称的形状、紧凑的电路面积，同时保持宽的通带及优良的群时延和寄生谐波抑制特性；通过改变人工局域表面等离激元的结构参数，可实现不同通带范围的滤波器。

技术方案：本发明是一种基于人工局域表面等离激元的宽带滤波器，该滤波器的最上层为微带激励结构，在微带激励结构的下面设置上层介质基板，该滤波器的最下层为大面积金属地，在大面积金属地上面设有下层介质基板，在上层介质基板与下层介质基板之间设有人工局域表面等离激元、半固化片；人工局域表面等离激元和微带激励结构的中心重合。

所述的微带激励结构为输入-输出的微带线，微带线宽度由w₁渐变至w₂，渐变段长度l，对称的渐变微带线之间距离为s；微带线宽度w₁和w₂、渐变段长度l、对称的渐变微带线之间距离s取值范围在10μm～100mm之间。

所述的人工局域表面等离激元为圆环形的锯齿状，内半径为r，外半径为R，一周共有N个锯齿周期，每个周期中，金属条宽度为a，单个周期宽度为d，其中d＝2*π*R/N,a<d；且内半径r，外半径R、锯齿周期N、金属条宽度a、单个周期宽度d取值范围在10μm～100mm之间。

所述的微带激励结构、人工局域表面等离激元、大面积金属地为铜、锡、金、银、铬、铅、铂、锌、铝、镁或钛的单一材料或其复合材料。