[发明专利]一种小型化超宽带人工表面等离激元带通滤波器

说明书

本发明公开了一种小型化超宽带人工表面等离激元带通滤波器，包括由上至下依次设置的上层金属结构、第一介质基板、中层传统等离激元波导、第二介质基板以及下层金属结构，上层金属结构的中间为单导体小型化等离激元波导，波导两端分别连接一个过渡段，过渡段另一端与第一金属条带连接；中层传统等离激元波导与上层单导体小型化等离激元波导长度相同，包括若干人工表面等离激元单元结构；下层金属结构包括两个中间不连通的对称结构，对称结构由一端向中间依次包括矩形金属地、梯形金属地过渡结构和下层人工表面等离激元过渡结构。本发明可以将电尺寸缩小为传统人工表面等离激元结构的26％，且将带通滤波器的相对工作带宽拓展到180％。

技术领域

本发明涉及带通滤波器，特别是涉及一种小型化超宽带人工表面等离激元带通滤波器。

背景技术

表面等离激元是金属/电介质界面上光子与电子相互作用激发的光学表面波，具有波长压缩和近场增强等独特优点。然而，当工作频率缩小到微波波段时，这种表面等离激元本质上不可能存在，因为金属在此时表现为完美的导电体。采用的替代方法是，通过周期性地在金属上蚀刻亚波长的人工结构，人工表面等离激元可以被激发并用于模拟微波波段的光学表面等离子体激元。其中超薄二维人工表面等离激元波导由于更容易与传统的射频电路集成，引起了人们的广泛关注。自从提出了人工表面等离激元波导与传统电路的有效转换方法后，超薄人工表面等离激元波导在射频电路中的应用越来越多。因为超宽带带通滤波器是现代宽带无线通信系统中的关键部件，使用人工表面等离激元波导设计超宽带带通滤波器具有显著的工程价值。因为其高频截止特性，人工表面等离激元波导是天然然的低通滤波器，通过引入低频传输零点，即可设计人工表面等离激元波导带通滤波器。

发明内容

发明目的：提供一种人工表面等离激元带通滤波器的设计方法，具有显著的超宽带和小型化效果。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种小型化超宽带人工表面等离激元带通滤波器，包括由上至下依次设置的上层金属结构、第一介质基板、中层传统等离激元波导、第二介质基板以及下层金属结构，其中，上层金属结构包括两个第一金属条带、两个锯齿高度逐渐增高的微开槽人工表面等离激元单元过渡段和包含若干微开槽人工表面等离激元单元的单导体小型化等离激元波导，单导体小型化等离激元波导位于中间，且其两端分别连接一个过渡段，过渡段另一端与第一金属条带连接；中层传统等离激元波导与单导体小型化等离激元波导长度相同，包括若干人工表面等离激元单元结构，且人工表面等离激元单元结构数量与单导体小型化等离激元波导中的微开槽人工表面等离激元单元数量相同；下层金属结构包括两个中间不连通的对称结构，对称结构由一端向中间依次包括金属地、金属地过渡结构和下层人工表面等离激元过渡结构。

可选的，微开槽人工表面等离激元单元中间纵向开设有若干“弓”字形槽，上下两端横向分别开设有若干“弓”字形槽。

可选的，单导体小型化等离激元波导与中层传统等离激元波导在x-y平面重合，在z方向上由第一介质基板隔开，二者共同组成双导体小型化人工表面等离激元波导。

可选的，双导体小型化人工表面等离激元波导的截止频率为4.25GHz，对应的截止波长为66.7mm。

可选的，上层金属结构与下层金属结构共同构成微带线与双导体小型化人工表面等离激元波导的转换结构。

可选的，下层金属结构与中层传统等离激元波导在x-y平面有部分重合，重合位置在中层传统等离激元波导两侧，范围为一个单元尺度，在z方向上由第二介质基板隔开。

可选的，下层金属结构中的金属地为矩形结构、金属地过渡结构为梯形结构。

可选的，该带通滤波器通带范围为0.23-4.25GHz，相对带宽高达180％，通带范围内群延时为1-1.8ns之间。