本實(shí)用新型涉及一種通訊領(lǐng)域用的濾波器，特別是一種具有橢圓弧型凹槽結(jié)構(gòu)的微波波段人工等離激元濾波器。

背景技術(shù)：

大數(shù)據(jù)時(shí)代，隨著信息的需求量呈爆炸式的增長(zhǎng)，移動(dòng)通訊領(lǐng)域要求能制造出集成度更高的微波器件，然而隨著高頻集成電路尺寸的不斷縮小，技術(shù)上出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，例如當(dāng)微波器件的尺寸小到一定的程度，器件的電磁干擾噪聲，RC延遲等達(dá)到極限導(dǎo)致器件工作不穩(wěn)定，因此現(xiàn)有的微波器件已不能適應(yīng)當(dāng)今大規(guī)模微波集成電路的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于，提供一種橢圓弧型凹槽微波濾波器，該結(jié)構(gòu)可以提高微波段亞波長(zhǎng)束縛效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)SSPPs濾波效應(yīng)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：一種橢圓弧型凹槽微波濾波器，包括介質(zhì)板，介質(zhì)板上設(shè)有金屬微帶，金屬微帶的兩側(cè)設(shè)有金屬地；所述的金屬微帶包括共面波導(dǎo)段，共面波導(dǎo)段經(jīng)過(guò)渡段與人工表面等離激元段連接；所述的人工表面等離激元段上分布有結(jié)構(gòu)為橢圓弧型凹槽。

前述的橢圓弧型凹槽微波濾波器，所述橢圓弧型凹槽的槽深d的取值為2～7mm，槽型周期p為2～9mm，槽口寬w1的取值為1～2mm，橢圓弧寬度w2的取值為1.5～4mm。

前述的橢圓弧型凹槽微波濾波器，處于過(guò)渡段位置的金屬地邊緣為，滿足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L1)/L2)-1)/(expa-1)方程的曲線；其中a為曲線形狀系數(shù)，其取值為5～20；h為金屬微帶寬度，其取值為3～8mm；g為金屬微帶與金屬地間距，其取值為0.2～1.2mm，w為金屬地的寬度，其取值為16～35mm，L1為共面波導(dǎo)段的長(zhǎng)度，其取值為5～20mm，L2為過(guò)渡段的長(zhǎng)度，其取值為40～80mm。

前述的橢圓弧型凹槽微波濾波器，所述人工表面等離激元段長(zhǎng)度為80～ 130mm。

前述的橢圓弧型凹槽微波濾波器，所述過(guò)渡段上設(shè)有深度漸變的橢圓弧型凹槽。

本實(shí)用新型的有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在共面波導(dǎo)段(以下用其長(zhǎng)度符號(hào)L1替代)和人工表面等離激元段(以下用其長(zhǎng)度符號(hào)L3替代)間設(shè)置過(guò)渡段(以下用其長(zhǎng)度符號(hào)L2替代)，通過(guò)該結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電磁場(chǎng)在L1和L3中傳播的平穩(wěn)過(guò)渡，避免了電磁場(chǎng)由準(zhǔn)TEM模式轉(zhuǎn)化為SSPPs模式傳播時(shí)因模式和阻抗不匹配而出現(xiàn)的強(qiáng)烈的微波電場(chǎng)反射；申請(qǐng)人經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處于L2位置的金屬地的邊緣滿足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L1)/L2)-1)/(expa-1)方程，其中曲線形狀系數(shù)a為5～20、金屬微帶寬度h為3～8mm、金屬微帶與金屬地間距g為0.2～1.2mm、金屬地寬度w為16～35mm、共面波導(dǎo)段長(zhǎng)度為L(zhǎng)1為5～20mm，過(guò)渡段長(zhǎng)度L2為40～80mm時(shí)，電磁場(chǎng)傳播的過(guò)渡最平穩(wěn)。不僅如此，本實(shí)用新型在L2上還設(shè)有深度漸變的橢圓弧型凹槽；通過(guò)該結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)TEM模式向SSPPs模式的過(guò)渡，減少微波電場(chǎng)反射。本發(fā)明通過(guò)在L3上設(shè)置一系列的橢圓弧型凹槽；通過(guò)該結(jié)構(gòu)，使得電磁波在傳輸時(shí)被束縛在橢圓弧型凹槽周圍，從而大大降低了多條傳輸線傳輸時(shí)因間距太小而出現(xiàn)的電磁干擾，使得抗電磁干擾能力大大增強(qiáng)，同時(shí)也增強(qiáng)了高密度微波集成電路工作時(shí)的穩(wěn)定性，不僅如此，因抗電磁干擾能力大大增強(qiáng)，本發(fā)明還能減小微波集成電路的金屬微帶間的間距以實(shí)現(xiàn)高的集成度和器件的小型化，因而能更好地適應(yīng)當(dāng)今大規(guī)模微波集成電路的發(fā)展。本發(fā)明還能通過(guò)調(diào)節(jié)橢圓弧型凹槽的幾何尺寸來(lái)調(diào)控微波傳輸線的截止頻率和電磁場(chǎng)分布，同時(shí)調(diào)整電磁波的束縛效果，申請(qǐng)人在進(jìn)行大量試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)d在2～7mm間，w1在1～2mm間，w2在1.5～4mm，p在2～9mm時(shí)，橢圓弧型凹槽對(duì)電磁場(chǎng)具有很好的束縛效果。

為了更好地證明本發(fā)明的有益效果，申請(qǐng)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：申請(qǐng)人設(shè)計(jì)一個(gè)橢圓弧型凹槽的微波帶通濾波器樣品，樣品的參數(shù)如表1。

表1：微波濾波器各部分物理尺寸(單位：mm)

該樣品的介質(zhì)板采用介電常數(shù)為2.65的基片，對(duì)該樣品的濾波特性曲線經(jīng)時(shí)域有限差分計(jì)算如圖3所示，圖3中S11為濾波器反射系數(shù)，S21為濾波器傳輸系數(shù)，該樣品為帶通濾波，其-3dB通帶為2.96GHz到9.47GHz，濾波器在整個(gè)通帶內(nèi)反射小于-13dB。

圖4為樣品在5GHz頻段工作時(shí)，橢圓弧型凹槽周圍的電場(chǎng)分布圖，由圖4可見(jiàn)，其電場(chǎng)主要束縛于橢圓弧型凹槽周圍，擴(kuò)散較小。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中的A處的放大示意圖；

圖3是橢圓弧型凹槽深度為3.5mm時(shí)，微波濾波器的S參數(shù)特性曲線圖；

圖4是濾波器樣品在5GHz頻段工作時(shí)，橢圓弧型凹槽法線方向電場(chǎng)分布圖。

附圖中的標(biāo)記為：1-介質(zhì)板，2-金屬微帶，3-金屬地，4-共面波導(dǎo)段，5-過(guò)渡段，6-人工表面等離激元段，7-橢圓弧型凹槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型限制的依據(jù)。

實(shí)施例。一種橢圓弧型凹槽微波濾波器，構(gòu)成如圖1和2所示，包括介質(zhì)板1，介質(zhì)板1上設(shè)有金屬微帶2，金屬微帶2的兩側(cè)設(shè)有金屬地3；所述的金屬微帶2包括共面波導(dǎo)段4，共面波導(dǎo)段4經(jīng)過(guò)渡段5與人工表面等離激元段6連接；所述的人工表面等離激元段6上分布有結(jié)構(gòu)為橢圓弧型凹槽7。

所述橢圓弧型凹槽7的槽深d的取值為2～7mm，槽型周期p為2～9mm，槽口寬w1的取值為1～2mm，橢圓弧寬度w2的取值為1.5～4mm。

處于過(guò)渡段5位置的金屬地3邊緣為，滿足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L1)/L2)-1)/(expa-1)方程的曲線；其中a為曲線形狀系數(shù)，其取值為5～20；h為金屬微帶寬度，其取值為3～8mm；g為金屬微帶2與金屬地3間距，其取值為0.2～1.2mm，w為金屬地3的寬度，其取值為16～35mm，L1為共面波導(dǎo)段4的長(zhǎng)度，其取值為5～20mm，L2為過(guò)渡段5的長(zhǎng)度，其取值為40～80mm。

所述人工表面等離激元段6長(zhǎng)度為80～130mm。

所述過(guò)渡段5上設(shè)有深度漸變的橢圓弧型凹槽7。

本實(shí)用新型的工作原理：準(zhǔn)TEM模式的電磁場(chǎng)由左邊的共面波導(dǎo)段4傳輸?shù)竭^(guò)渡段5，在過(guò)渡段5中逐漸漸變?yōu)镾SPPs模式的電磁場(chǎng)，且在過(guò)渡段5中準(zhǔn)TEM模式和SSPPs模式的電磁場(chǎng)共存，當(dāng)電磁場(chǎng)到達(dá)人工表面等離激元段6時(shí)，完全轉(zhuǎn)化為SSPPs模的電磁場(chǎng)，并在L3進(jìn)行傳輸，傳輸后SSPPs模式電磁場(chǎng)又經(jīng)過(guò)右邊的過(guò)渡段轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)TEM模式的電磁場(chǎng)由右邊的共面波導(dǎo)段輸出。當(dāng)電磁場(chǎng)在共面波導(dǎo)段4傳播，該段內(nèi)電磁場(chǎng)的模式為準(zhǔn)TEM模式，該模式電磁場(chǎng)被束縛在共面波導(dǎo)段4與金屬地3間的介質(zhì)板內(nèi)；在過(guò)渡段5傳播時(shí)，該段內(nèi)準(zhǔn)TEM模式與SSPPs模式共存，其中準(zhǔn)TEM模式電磁場(chǎng)被束縛在過(guò)渡段5與金屬地3間的介質(zhì)板內(nèi)，SSPPs模式電磁場(chǎng)被束縛在橢圓弧型凹槽7周圍；在L3進(jìn)行傳播時(shí)，該段內(nèi)為SSPPs模式，該模式電磁場(chǎng)被束縛在橢圓弧型凹槽7周圍。