基于復(fù)合u型槽結(jié)構(gòu)的人工表面等離激元寬帶帶阻濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶阻濾波器，特別是一種基于復(fù)合U型槽結(jié)構(gòu)的人工表面等離激元寬帶帶阻濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]帶阻濾波器是指能通過(guò)大多數(shù)頻率分量、但將某些范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器。帶阻濾波器在通信及信號(hào)處理系統(tǒng)中起著極其重要的作用，用來(lái)過(guò)濾不需要頻率的電磁波或抑制干擾信號(hào)，是微波毫米波電路和通訊系統(tǒng)中不可缺少的功能器件。
[0003]上個(gè)世紀(jì)60年代，G.L.Matthaei對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的描述，其中對(duì)帶阻濾波器的設(shè)計(jì)描述也較為詳細(xì)，主要是切比雪夫和橢圓函數(shù)型，其結(jié)構(gòu)都是由短截線諧振器構(gòu)成的，諧振器間隔1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍并沿主波導(dǎo)或主傳輸線排列。1964年，
B.M.SchifTman詳細(xì)解釋了帶阻濾波器的一般設(shè)計(jì)原理，并給出了適用于所有頻率的帶阻濾波器設(shè)計(jì)公式。1967年，E.G.Cristal給出了基于窄帶設(shè)計(jì)的帶阻濾波器設(shè)計(jì)的一般近似公式，簡(jiǎn)化了使用精確設(shè)計(jì)公式的計(jì)算量，便于進(jìn)行窄帶帶阻濾波器的設(shè)計(jì)。至此，帶阻濾波器的設(shè)計(jì)理論已經(jīng)較為完備。到了 70年代，Atia和Williams最早提出了交叉耦合濾波器的通用理論，并提供了一些常用的理論公式。在此基礎(chǔ)上，許多人經(jīng)過(guò)不懈的努力，逐步發(fā)展出了交叉親合帶阻濾波器的方法。1983年，Jian-Ren.Qian和We1-Chen.Zhuang首先提出將帶通濾波器的耦合諧振腔模型進(jìn)行修改，并應(yīng)用于帶阻濾波器的設(shè)計(jì)，以得到高性能的帶阻濾波器。但是該濾波器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，是一個(gè)含有孔縫耦合的諧振腔再耦合到主波導(dǎo)上，在實(shí)際設(shè)計(jì)中加工難度較高，不利于批量生產(chǎn)加工。1999年Richard J.Cameron提出了用循環(huán)遞歸的方法來(lái)構(gòu)成交叉耦合的傳輸函數(shù)和反射函數(shù)多項(xiàng)式，由導(dǎo)納矩陣和局部分式展開(kāi)方法給出了耦合矩陣的綜合過(guò)程。2000年，J.R.Motejo-Garai耦合矩陣從N維擴(kuò)展到了 N階N+2維，即傳輸零點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于交叉耦合濾波器的階數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要提供一種基于復(fù)合U型槽結(jié)構(gòu)的人工表面等離激元寬帶帶阻濾波器，實(shí)現(xiàn)不同帶寬的濾波特性。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該濾波器包括介質(zhì)基板和印刷在介質(zhì)基板上的金屬；所述的印刷在介質(zhì)板上的金屬包括:波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)、接地導(dǎo)體平面、周期性金屬光柵波導(dǎo)和U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)；在周期性金屬光柵波導(dǎo)上有U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)，U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)表示不印刷金屬；
[0006]所述周期性金屬光柵波導(dǎo)為人工表面等離激元傳輸器，在周期性金屬光柵波導(dǎo)兩端分別連接波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)；所述接地導(dǎo)體平面位于波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)的上下兩側(cè)；
[0007]所述的人工表面等離激元傳輸器為金屬薄膜，金屬薄膜形狀為在矩形垂直于長(zhǎng)度方向兩側(cè)開(kāi)有對(duì)稱的凹槽，同側(cè)凹槽等間距排列，凹槽的寬度和深度均相等。
[0008]進(jìn)一步的，通過(guò)控制金屬光柵結(jié)構(gòu)的表面凹槽深度、寬度和周期性來(lái)改變金屬表面的色散曲線，設(shè)計(jì)滿足工作頻段的金屬光柵結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步的，U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)是多個(gè)上下對(duì)稱的U型結(jié)構(gòu)，U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)為亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，單個(gè)U型開(kāi)槽之間的距離小于金屬單元的長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)U型槽的耦合作用。
[0010]進(jìn)一步的，通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)同側(cè)U型槽的距離，實(shí)現(xiàn)帶寬的變化。
[0011]進(jìn)一步的，通過(guò)增加U型槽的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)帶寬的增加。
[0012]進(jìn)一步的，所述周期性金屬光柵波導(dǎo)為雙邊開(kāi)有周期性光柵結(jié)構(gòu)的金屬結(jié)構(gòu)，支持人工表面等離激元的高效傳輸。
[0013]進(jìn)一步的，寬帶阻濾波器以印刷電路板的方式制作在介質(zhì)基板上。
[0014]有益效果:
[0015](1)本發(fā)明的寬帶阻濾波器可以在單面電路上加工，甚至超薄結(jié)構(gòu)的柔性電路板上加工；
[0016](2)平面化的設(shè)計(jì)易于利用現(xiàn)有微波、毫米波技術(shù)加工，且易于與其他器件集成；
[0017](3)通過(guò)控制金屬光柵結(jié)構(gòu)的表面凹槽深度、寬度和周期性來(lái)改變金屬表面的色散曲線，設(shè)計(jì)滿足工作頻段的金屬光柵結(jié)構(gòu)；
[0018](4)通過(guò)改變U型槽的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)帶寬的變化。
[0019]優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明的寬帶阻濾波器具有結(jié)構(gòu)新穎簡(jiǎn)單、重量輕、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(diǎn)，在微波毫米波混合集成電路或者毫米波集成電路的應(yīng)用中有著良好的前景。
【附圖說(shuō)明】
:
[0020]圖1是本發(fā)明基于人工表面等離激元的寬帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2(a)是本發(fā)明兩個(gè)U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0022]圖2(b)是本發(fā)明兩個(gè)U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)的仿真曲線。
[0023]圖3(a)是本發(fā)明四個(gè)U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024]圖3(b)是本發(fā)明四個(gè)U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)的仿真曲線。
[0025]圖3(c)是本發(fā)明改變四個(gè)U型槽同側(cè)U距離的頻率響應(yīng)的仿真曲線。
[0026]圖4(a)是本發(fā)明六個(gè)U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0027]圖4(b)是本發(fā)明六個(gè)U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)的仿真曲線。
[0028]圖5(a)是本發(fā)明八個(gè)U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0029]圖5(b)是本發(fā)明八個(gè)U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)的仿真曲線。
[0030]圖6是本發(fā)明四個(gè)、六個(gè)、八個(gè)U型槽S21的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
[0032]實(shí)施例1:該濾波器包括介質(zhì)基板5和印刷在介質(zhì)基板上的金屬；所述的印刷在介質(zhì)板上的金屬包括:波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)1、接地導(dǎo)體平面2、周期性金屬光柵波導(dǎo)3和U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)4 ;在周期性金屬光柵波導(dǎo)上有U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)，U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)表不不印刷金屬；
[0033]所述周期性金屬光柵波導(dǎo)為人工表面等離激元傳輸器，在周期性金屬光柵波導(dǎo)兩端分別連接波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)；所述接地導(dǎo)體平面位于波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)的上下兩側(cè)；
[0034]所述的人工表面等離激元傳輸器為金屬薄膜，金屬薄膜形狀為在矩形垂直于長(zhǎng)度方向兩側(cè)開(kāi)有對(duì)稱的凹槽，同側(cè)凹槽等間距排列，凹槽的寬度和深度均相等。
[0035]進(jìn)一步的，通過(guò)控制金屬光柵結(jié)構(gòu)的表面凹槽深度、寬度和周期性來(lái)改變金屬表面的色散曲線，設(shè)計(jì)滿足工作頻段的金屬光柵結(jié)構(gòu)。
[0036]進(jìn)一步的，U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)是多個(gè)上下對(duì)稱的U型結(jié)構(gòu)，U型開(kāi)槽結(jié)構(gòu)為亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，單個(gè)U型開(kāi)槽之間的距離小于金屬單元的長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)U型槽的耦合作用。
[0037]進(jìn)一步的，通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)同側(cè)U型槽的距離，實(shí)現(xiàn)帶寬的變化。
[0038]進(jìn)一步的，通過(guò)增加U型槽的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)帶寬的增加。
[0039]進(jìn)一步的，所述周期性金屬光柵波導(dǎo)為雙邊開(kāi)有周期性光柵結(jié)構(gòu)的金屬結(jié)構(gòu)，支持人工表面等離激元的高效傳輸。
[0040]進(jìn)一步的，寬帶阻濾波器以印刷電路板的方式制作在介質(zhì)基板上。
[0041]具體實(shí)施例:
[0042]如圖1，圖中所示為一種基于人工表面等離激元的U型槽濾波器結(jié)構(gòu)示意圖，包括波導(dǎo)漸變結(jié)構(gòu)、接地導(dǎo)體平面、周期性金屬光