元為依次嵌套的4個(gè)金屬方環(huán)；貫穿第一結(jié)構(gòu)化金屬層、介質(zhì)層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層周期性地等間距開設(shè)多組金屬化過孔，使得在每個(gè)金屬方環(huán)諧振單元周圍形成一個(gè)環(huán)繞金屬方環(huán)諧振單元的方形基片集成波導(dǎo)腔體。對(duì)應(yīng)的一個(gè)方形基片集成波導(dǎo)腔體和4個(gè)依次嵌套的金屬方環(huán)構(gòu)成的耦合縫隙組成一個(gè)濾波器結(jié)構(gòu)單元。
[0029]如圖1和2所示，金屬方環(huán)諧振單元周期為p，金屬方環(huán)諧振單元由外至內(nèi)分別為金屬方環(huán)1、金屬方環(huán)2、金屬方環(huán)3和金屬方環(huán)4，其中，金屬方環(huán)I外邊長為si 1，寬度為swl，金屬方環(huán)2外邊長為sl2，寬度為sw2，金屬方環(huán)3外邊長為sl3，寬度為sw3，金屬方環(huán)4外邊長為sl4，寬度為sw4，金屬化過孔的直徑為d，相鄰金屬化過孔間孔心距為dp，金屬化過孔直徑和孔心距比值大于0.5，第一結(jié)構(gòu)化金屬層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層的金屬方環(huán)諧振單元的厚度均為tm，介質(zhì)層的厚度為td，金屬化過孔的孔壁厚度為tu。
[0030]本實(shí)施例中，介質(zhì)層采用厚度為3mm的F4B(聚四氟乙稀玻璃布)介質(zhì)板，其介電常數(shù)為ε = 2.65，損耗角正切為tan δ = 0.0Olo第一結(jié)構(gòu)化金屬層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層采用材料為銅。
[0031]利用三維電磁仿真軟件CST進(jìn)行濾波器結(jié)構(gòu)單元模型的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，最終得到性能表現(xiàn)優(yōu)異的極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器。具體的濾波器結(jié)構(gòu)單元模型參數(shù)設(shè)置如下:p = 10mm，si I = 10mm，swl = 0.35mm，sl2 = 8.39mm，sw2 = 0.31mm，sl3 = 6.12mm，sw3 = 0.3mm，sl4 = 5mmm，sw4 = 0.4mm，d = 0.5mm，dp = 0.72mm，tm =0.035mm，td = 3mm，tu = 0.025mm，ε = 2.65，tan δ = 0.001。
[0032]采用上述結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置，利用PCB工藝在上、下面均鍍有金屬銅層的厚度為3mm的介質(zhì)板上周期性的刻蝕相應(yīng)的縫隙，形成耦合縫隙；然后再貫穿整個(gè)介質(zhì)板周期性的開設(shè)多組過孔，并注入一定厚度的金屬銅層，構(gòu)成方形基片集成波導(dǎo)腔體。整個(gè)加工過程簡單，制作成本低。
[0033]本發(fā)明極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器的具體工作原理如下:
[0034]介質(zhì)層兩面鍍有由金屬方環(huán)諧振單元周期排列而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)化金屬層，結(jié)構(gòu)化金屬層可有效的控制入射電磁波的傳輸特性。當(dāng)入射電磁波處于諧振單元的諧振頻段時(shí)，這一頻段的電磁波對(duì)于挖槽結(jié)構(gòu)來說將被全部透射、對(duì)于貼片結(jié)構(gòu)來說將全部被反射。當(dāng)入射電磁波入射到極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器后，每個(gè)通帶頻率內(nèi)的電磁波通過周期性的正方環(huán)形縫隙耦合到腔體中，并通過縫隙諧振模式和腔體諧振模式相互作用后透過另一個(gè)表面的正方環(huán)形耦合縫隙耦合到空間，從而形成具有三個(gè)工作頻帶的帶通濾波器。
[0035]與傳統(tǒng)的縫隙諧振單元不同，本發(fā)明引入了金屬腔體諧振，通過兩種諧振模式的相互耦合極大的提高了濾波器的性能表現(xiàn)，尤其是對(duì)寬角度入射性能的穩(wěn)定性以及通帶的選擇性有著很大的提升，也是本發(fā)明的一個(gè)亮點(diǎn)。
[0036]如圖5所示為該濾波器在電磁波垂直入射時(shí)TE、TM兩種極化方式下的透射譜與反射譜。由于結(jié)構(gòu)單元具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，兩種極化方式下的譜線相同，表明該濾波器在電磁波垂直入射時(shí)表現(xiàn)出對(duì)極化不敏感的特性。
[0037]如圖6和圖7所示分別為該濾波器在電磁波寬角度入射下(0°?40° )TE、TM兩種極化方式的透射譜。對(duì)于TE極化，隨著入射角度的增大，三個(gè)工作頻帶均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性；對(duì)于TM極化，隨著入射角度的增大，同樣三個(gè)頻帶依然維持著很好的穩(wěn)定性。
[0038]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器，其特征在于:包括第一結(jié)構(gòu)化金屬層、介質(zhì)層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層，所述介質(zhì)層兩面鍍有金屬層，分別為第一結(jié)構(gòu)化金屬層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層；所述第一結(jié)構(gòu)化金屬層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層為金屬方環(huán)諧振單元周期排列而構(gòu)成的金屬表面，所述金屬方環(huán)諧振單元為依次嵌套的若干金屬方環(huán)；貫穿第一結(jié)構(gòu)化金屬層、介質(zhì)層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層周期性地等間距開設(shè)多組金屬化過孔，使得在每個(gè)金屬方環(huán)諧振單元周圍形成一個(gè)環(huán)繞金屬方環(huán)諧振單元的方形基片集成波導(dǎo)腔體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器，其特征在于:所述第一結(jié)構(gòu)化金屬層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層采用材料為銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器，其特征在于:所述介質(zhì)層為F4B介質(zhì)板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器，其特征在于:所述金屬化過孔孔壁的厚度為0.025_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器，其特征在于:所述金屬化過孔直徑和相鄰金屬化過孔間孔心距比值大于0.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器，其特征在于:所示金屬化過孔直徑為0.5mm，相鄰金屬化過孔間孔心距為0.72mm。
【專利摘要】一種極化和寬角度入射不敏感三波段超材料帶通濾波器，其特征在于：包括第一結(jié)構(gòu)化金屬層、介質(zhì)層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層，所述介質(zhì)層兩面鍍有金屬層，分別為第一結(jié)構(gòu)化金屬層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層；所述第一結(jié)構(gòu)化金屬層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層為金屬方環(huán)諧振單元周期排列而構(gòu)成的金屬表面，所述金屬方環(huán)諧振單元為依次嵌套的若干金屬方環(huán)；貫穿第一結(jié)構(gòu)化金屬層、介質(zhì)層和第二結(jié)構(gòu)化金屬層周期性地等間距開設(shè)多組金屬化過孔，使得在每個(gè)金屬方環(huán)諧振單元周圍形成一個(gè)環(huán)繞金屬方環(huán)諧振單元的方形基片集成波導(dǎo)腔體。本發(fā)明濾波器具有極化不敏感、寬角度入射和通帶選擇性好的優(yōu)良特性，而且?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，易于加工，成本低。
【IPC分類】H01P1-203
【公開號(hào)】CN104810583
【申請?zhí)枴緾N201510230425
【發(fā)明人】沈曉鵬, 付文悅, 李建東, 王昊深, 李海鵬, 韓奎
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月7日