基于馬赫曾德爾干涉儀人工表面等離子體濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型設計一種基于馬赫曾德爾干涉儀人工表面等離子體濾波器，其結構為將金屬薄層附著在介質基板FR?4上，利用激光雕刻機對金屬薄層進行裝飾，即雕刻周期陣列的槽型結構，并設計MZI結構。本實用新型的工作頻率為0～15GHz為微波工作頻段。利用MZI的干涉原理，設計了3個干涉相消的頻率點分別為：8.65、10.5和12GHz。本實用新型為平面結構，結構簡單緊湊，體積小，易于集成，控制簡單且適用范圍廣。
【專利說明】
基于馬赫曾德爾干潰儀人工表面等離子體濾波器
技術領域
[0001] 本實用新型設及一種濾波器，具體設及的是一種基于馬赫曾德爾干設儀人工表面 等離子體濾波器，屬于微波無線通信技術領域。
【背景技術】
[0002] 表面等離子體激元（5山寸日。日？1日3111〇沾〇1日1'；[1:;[0]1，5??3)是指金屬與介質（通常是 空氣)交界面上的一種電子和光子的混合激發(fā)態(tài)，SPPs是一種可W像波一樣傳播的表面波。 SPPs的場幅度在界面上有最大值，并在金屬與界面內呈指數(shù)衰減，因此，SPPS是一種表面 波，他的電磁場被約束在金屬與介質面的附近范圍內，但金屬的等離子頻率一般都在紫外 波段，所W金屬在微波段表現(xiàn)為近似理想導體(PEC)。
[0003] 因此，盡管金屬表面原則上能夠傳播SPPs,但是其場在介質內的約束很差。因此國 內外的科研工作者提出了一種金屬人工表面和人工SPPs的概念，在金屬表面挖周期分布的 孔桐，W增強電磁波的滲透作用，因此金屬表面不僅可W傳播SPPs，還可W實現(xiàn)場的波長約 束。
[0004] 在眾多濾波器中，馬赫曾德爾干設儀型的濾波器因其結構簡單等優(yōu)勢，在微波通 信金屬領域備受關注。 【實用新型內容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術上存在的不足，本實用新型目的是在于提供基于馬赫曾德爾干設儀 的人工表面等離子體濾波器。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型通過如下技術方案實現(xiàn)：
[0007] 本實用新型包括金屬膜層銅W及介質基板FR-4。
[000引其結構為:將金屬銅附著在介質基板FR-4上，并用激光雕刻機對金屬表面進行裝 飾，即雕刻一維周期陣列的槽。
[0009] 本實用新型結構非常簡單并且緊湊。
【附圖說明】
[0010] 下面結合附圖和具體實施方案來詳細說明本實用新型：
[0011] 圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0012] 圖2為本實用新型中圖1中的區(qū)域I共面波導結構示意圖；
[0013] 圖3為本實用新型中圖1中的區(qū)域n梯形槽和擴口接地面結構示意圖；
[0014] 圖4為本實用新型中圖1中的區(qū)域虹Mn結構示意圖；
[0015] 圖5為本實用新型中圖1中的周期陣列金屬槽的結構示意圖。
[0016] 圖6為本實用新型色散曲線圖。
[0017] 圖7為本實用新型S曲線特性圖。
[001引圖1中標號:介質基板(1)、金屬銅薄膜(2)。本實用新型有3個部分組成，分別為：區(qū) 域I共面波導、區(qū)域n梯形槽和擴口接地面和區(qū)域虹MZI結構，長度分別為：h、i2和13。
[0019] 圖2中的尺寸為:共面波導導線兩邊縫隙g=0.33mm，共面波導中間導線寬度為2w， 其中w=3.4mm，接地帶尺寸w0=20mm。
[0020] 圖3中的尺寸為:到為梯形槽的槽深深度，分別為:hi=0.2mm也=0.4mm，h3=0.6mm，h4= 0.8mm，h5=1.0mm，h6=1.2mm，lT7=1.4mm，h8=1.6mm，h9=1.8mm，hi〇-=2.0mm，hii=2.2mm，hi2=2.4mm， 機狂1，埼為擴口接地面曲線的起點坐標為(10，3.73)，觀轉按驗》為擴口接地面曲線的起點坐 標為（50,23.73)，曲線為；
任=〇.'!。
[0021] 圖4中的尺寸為：上下兩條干設臂之間的夾角島=稱廬:，上干設臂的長度尺寸：U為 槽周期d的6倍，Is為槽周期d的10倍，下干設臂的外環(huán)半徑R=llmm。
[0022] 圖5中的尺寸:槽深h=2.4mm，槽周期d=2.5mm，槽寬a=lmm，長w=3.4mm。
[0023] 圖6中的標號為：1是光線的色散曲線，2是人工表面等離子體的色散曲線。
[0024] 圖7為仿真得到的S曲線圖，實線為S21曲線，虛線為Sll曲線。
【具體實施方式】
[0025] 為使本實用新型實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面 結合【具體實施方式】，進一步闡明本實用新型。
[0026] 具體實施：
[0027] 參見圖1所示的基于馬赫曾德爾干設儀的人工表面等離子體濾波器的結構。濾波 器的1介質基板的表面積為362.5x27.5mm，采用的材質為FR-4,厚度為0.05mm。在1介質基板 上附著厚度為0.018mm的2金屬銅薄膜，厚度為0.018mm。用激光雕刻機對2金屬銅薄膜進行 雕刻，刻一維周期陣列的槽結構。其中，槽的尺寸為圖5所示。
[00%] W下對本實用新型的工作原理進行詳細的介紹：
[0029] 本實用新型最主要的就是在金屬薄膜上刻周期陣列的槽。利用圖2中的共面波導 將空間傳播的波轉化為表面等離子體激元即SPPs,再利用圖3梯形槽和擴口接地面實現(xiàn)共 面波導和等離子體波導的動量W及阻抗匹配，其中，共面波導的阻抗為50 Q。
[0030] 本實用新型首先利用一維周期陣列的槽型結構的色散曲線圖，得到其等截止頻 率，如圖6所示。其中，曲線1為真空中光線的傳播常數(shù)，曲線2為人工SPPs的傳播常數(shù)。從圖6 中可得，隨著傳播距離的增加，人工SPPs的傳播常數(shù)越來越偏離于光線的傳播常數(shù)，說明， 本實用新型設計的金屬槽可W很好的將電磁波約束在金屬的表面，并讓電磁波沿著金屬表 面?zhèn)鞑ァ?br>[0031] 圖4為本實用新型設計的MZI結構，為上下兩條干設臂不等臂的情況，即干設臂存 在長度差的情況。利用MZI的干設原理：電磁波的相位差公式
，其中義為 自由空間的波長，n邊T(I);為有效折射率，擬為上下兩條干設臂的長度差。當，
時，發(fā)生頻率的干設相消。本實用新型設計的MZI存在油，即電磁波存在相位差，并且由于 姐的不同，干設相消的頻率也會不同。本實用新型的:站為9.56mm，因此干設相消的頻率點 為8.65、10.5和12細Z。如圖7所示。
【主權項】
1. 基于馬赫曾德爾干設儀人工表面等離子體濾波器，包括:介質基板（1)，金屬銅薄膜 (2)，其中，金屬銅薄膜(2)由共面波導饋電帶線、共面波導擴口接地面、梯形槽排列和馬赫 增德爾干設儀結構的人工表面等離子體波導帶組成，所述的共面波導饋電帶線、共面波導 擴口接地面、梯形槽排列W及馬赫增德爾干設儀結構的人工表面等離子體波導帶印刷在介 質基板表面，所述馬赫增德爾干設儀結構的人工表面等離子體波導帶位于介質基板的中間 地帶，梯形槽排列分別位于馬赫增德爾干設儀結構的人工表面等離子體波導帶的左右兩端 并與其緊密相連，共面波導饋電帶線與梯形槽緊密連接，共面波導擴口接地面位于共面波 導饋電帶線的兩側，并與其有間隙。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于馬赫曾德爾干設儀人工表面等離子體濾波器，其特征在 于:介質基板（1)的尺寸為:表面積為362.5x27.5mm，厚度為0.05mm，金屬銅薄膜(2)的厚度 為0.018mm。3. 根據(jù)權利要求1所述的基于馬赫曾德爾干設儀人工表面等離子體濾波器，其特征在 于:在金屬銅薄膜(2)上刻周期陣列的槽，槽的尺寸為:槽深h = 2.4mm，槽周期d = 2.5mm，槽 寬a = 1mm,長w = 3.4mm。4. 根據(jù)權利要求1所述的基于馬赫曾德爾干設儀人工表面等離子體濾波器，其特征在 于:本實用新型共包含3個區(qū)域，區(qū)域I為共面波導結構，區(qū)域Π 梯形槽和擴口接地面結構， 區(qū)域虹MZI結構。5. 根據(jù)權利要求1所述的基于馬赫曾德爾干設儀人工表面等離子體濾波器，其特征在 于：區(qū)域I共面波導的尺寸為:共面波導導線兩邊縫隙g = 〇.33mm，共面波導中間導線寬度為 2w，其中w = 3.4mm，接地帶尺寸w0 = 20mm。6. 根據(jù)權利要求1所述的基于馬赫曾德爾干設儀人工表面等離子體濾波器，其特征在 于：區(qū)域Π 梯形槽和擴口接地面的尺寸，其中hi到hl2為梯形槽的槽深深度，分別為:hi = 0.2mm，h2 = 0.4mm，hs = 0.6mm，h4 = 0.8mm，h已=1.0mm，he = 1.2mm，h? = 1.4mm，hs = 1.6mm，hg = 1.8mm，hio = 2.0mm，hii = 2.2mm，hi2 = 2.4mm; pi (XI, yi)為擴 口接地面曲線的起點坐標為（10， 3.73)，p2(X2，y2)為擴口接地面曲線的起點坐標為(50,23.73)，曲線為:y = cleαx+C2(xl<x< X2 ),其^3 = 0.1。7. 根據(jù)權利要求1所述的基于馬赫曾德爾干設儀人工表面等離子體濾波器，其特征在 于：區(qū)域虹的尺寸為:上下兩條干設臂之間的夾角0 = 60°，上干設臂的長度尺寸：l4為槽周 期d的6倍，1功槽周期d的10倍，下干設臂的外環(huán)半徑R=llmm。
【文檔編號】H01P1/20GK205680762SQ201620482455
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月25日 公開號201620482455.6, CN 201620482455, CN 205680762 U, CN 205680762U, CN-U-205680762, CN201620482455, CN201620482455.6, CN205680762 U, CN205680762U
【發(fā)明人】肖丙剛, 陳靜
【申請人】中國計量學院