一種綜合人工表面等離激元器件的波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結(jié)合了人工表面等離激元器件的波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的濾波器，屬于新型人工電磁材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]新型人工電磁材料(Metamaterials)是指電磁波在其中傳播時(shí)具有特殊傳導(dǎo)或者輻射特性的人工復(fù)合材料，也可以說(shuō)是一種可以人工設(shè)計(jì)、滿足特定等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率要求的電磁材料。新型人工電磁材料是基于等效媒質(zhì)理論，即可以通過(guò)改變新型人工電磁材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸來(lái)改變等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，新型人工電磁材料得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在隱身、天線工程等方面都有廣泛的應(yīng)用。
[0003]由于表面等離激元結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的性質(zhì)，在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、超分辨成像和負(fù)折射材料等方面有著重要的應(yīng)用前景，使其成為當(dāng)前廣受國(guó)內(nèi)外學(xué)者重視的熱點(diǎn)研宄領(lǐng)域之一。但是由于金屬在較低的頻段無(wú)法表現(xiàn)出其介電常數(shù)為負(fù)值的特性，使得這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)異特性無(wú)法在較低的頻段內(nèi)得以再現(xiàn)。近來(lái)，人們借助于新型人工電磁材料的概念，利用周期褶皺結(jié)構(gòu)成功模擬了表面等離激元在光波段的性質(zhì)，業(yè)內(nèi)稱這種特殊結(jié)構(gòu)為人工表面等離激元。這種新型的傳輸結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的光波段的表面等離激元具有相似的特性可能成為微波電路未來(lái)發(fā)展的方向之一。
[0004]已有的表面等離激元濾波器大部分是利用周期褶皺結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)制成的，并且結(jié)構(gòu)尺寸較大，在實(shí)際應(yīng)用中受到諸多限制。而此次提供了一種基于人工表面等離激元濾波器的新型綜合方法，成功制成了結(jié)合人工表面等離激元器件的波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的濾波器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種綜合人工表面等離激元器件的波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的濾波器，該濾波器在較寬頻帶內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)很好的傳輸特性，并具有很好的矩形系數(shù)。同時(shí)，調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)超寬帶和窄帶型濾波器，且都具有較好的傳輸特性。該濾波器具有易于加工、成本低、厚度薄、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，方便的制作共性電路，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種綜合人工表面等離激元器件的波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的濾波器，包括人工表面等離激元波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)，且人工表面等離激元波導(dǎo)與基片集成波導(dǎo)、人工表面等離激元波導(dǎo)與端口、基片集成波導(dǎo)與端口均通過(guò)微帶線轉(zhuǎn)換器連接；
[0007]所述基片集成波導(dǎo)包括第一介質(zhì)基片，所述第一介質(zhì)基片的上下表面均設(shè)置有第一金屬化層，同時(shí)所述第一介質(zhì)基片沿人工表面等離激元波導(dǎo)與基片集成波導(dǎo)的中心線對(duì)稱設(shè)置有兩排金屬化過(guò)孔；
[0008]所述人工表面等離激元波導(dǎo)包括第二介質(zhì)基片，所述第二介質(zhì)基片的上下表面均設(shè)置有第二金屬化層，所述第二金屬化層上設(shè)置有一個(gè)以上的金屬凹槽，且所述金屬凹槽的深度從兩邊向中間依次遞增排列，且金屬凹槽的深度遞增直至與第二金屬化層厚度相同，同時(shí)位于第二介質(zhì)基片上下兩個(gè)表面上的第二金屬化層的金屬凹槽開口方向相反。
[0009]優(yōu)選的:同排的金屬化過(guò)孔之間的間距相同；金屬凹槽之間間距相同。
[0010]優(yōu)選的:所述微帶轉(zhuǎn)換器的主體是一段線性的微帶漸變線，此微帶漸變線可實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)與50歐姆微帶線之間的阻抗變換。
[0011]有益效果:本發(fā)明提供的一種綜合人工表面等離激元器件的波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的濾波器，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0012]1.本發(fā)明制作簡(jiǎn)單，加工方便。利用成熟的PCB加工技術(shù)可以完成對(duì)本發(fā)明的加工。
[0013]2.本發(fā)明提供一種基于人工表面等離激元濾波器的新型綜合方法。結(jié)合人工表面等離激元器件的波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的濾波器，在較寬頻帶內(nèi)都具有良好的傳輸特性和矩形系數(shù)。
[0014]3.本發(fā)明可以僅僅通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸來(lái)改變器件的色散特性，是該濾波器在超寬帶和窄帶的頻段也均具有良好的傳輸特性和矩形系數(shù)。調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性良好。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)整體上是利用金屬單元結(jié)構(gòu)的諧振效果來(lái)降低其等效的體相等離子諧振頻率，因此，調(diào)節(jié)金屬結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于調(diào)節(jié)了其金屬結(jié)構(gòu)的諧振頻點(diǎn)，使等離子頻率發(fā)生變化，從而改變其色散特性。
[0015]4.本發(fā)明同時(shí)具備便攜、重量輕、容易集成等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明中波導(dǎo)的單元結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(a)是基片集成波導(dǎo)的單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1(b)人工表面等離激元波導(dǎo)的金屬化層的凹槽開口向上的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(c)是人工表面等離激元波導(dǎo)的金屬化層的凹槽開口向下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明人工表面等離激元波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明基片集成波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明中結(jié)合人工表面等離激元器件的波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖4(a)該濾波器結(jié)構(gòu)的正面示意圖，圖4(b)是該濾波器結(jié)構(gòu)的反面示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明中各部分波導(dǎo)器件的色散關(guān)系圖。其中，圖5(a)是該濾波器中人工表面等離激元波導(dǎo)單元結(jié)構(gòu)(黑色實(shí)線)和基片集成波導(dǎo)單元結(jié)構(gòu)(黑色虛線)以及光線(黑色點(diǎn)虛線)的色散關(guān)系；圖5(13)是該濾波器中人工表面等離激元波導(dǎo)結(jié)構(gòu)隨金屬凹槽深度變化而產(chǎn)生改變的色散特性曲線；圖5((:)該濾波器中基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)隨等效寬度變化而產(chǎn)生改變的色散特性曲線。
[0021]圖6是本發(fā)明中的濾波器的S21 (黑色虛線)和Sll (黑色實(shí)線)參數(shù)的仿真結(jié)果曲線圖。
[0022]圖7是具有不同人工表面等離激元波導(dǎo)的金屬凹槽深度的濾波器的S21參數(shù)的仿真結(jié)果曲線圖。
[0023]圖8是具有不同基片集成波導(dǎo)的等效寬度的濾波器的S21參數(shù)的仿真結(jié)果曲線圖。
[0024]圖9是根據(jù)不同的人工表面等離激元波導(dǎo)的金屬凹槽深度和不同基片集成波導(dǎo)的等效寬度，而制成的超寬帶濾波器和窄帶濾波器的S21參數(shù)的仿真結(jié)果曲線圖。
[0025]其中，I為基片集成波導(dǎo)，11為第一介質(zhì)基片，12為第一金屬化層，13為金屬化過(guò)孔，2為人工表面等離激元波導(dǎo)，21為第二介質(zhì)基片，22為上表面設(shè)置的第二金屬化層，23為下表面設(shè)置的第二金屬化層，24為金屬凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027]一種綜合人工表面等離激元器件的波導(dǎo)和基片集成波導(dǎo)的濾波器，如圖1、4所示，包括人工表面等離激元波導(dǎo)2和基片集成波導(dǎo)1，且人工表面等離激元波導(dǎo)2與基片集成波導(dǎo)1、人工表面等離激元波導(dǎo)2與端口、基片集成波導(dǎo)I與端口均通過(guò)微帶線轉(zhuǎn)換器連接;
[0028]如圖1 (a)、圖3所示，所述基片集成波導(dǎo)I包括第一介質(zhì)基片11，所述第一介質(zhì)基片11的上下表面均設(shè)置有第一金屬化層12，同時(shí)所述第一介質(zhì)基片11沿人工表面等離激元波導(dǎo)2與基片集成波導(dǎo)I的中心線對(duì)稱設(shè)置有兩排金屬化過(guò)孔13。
[0029]如圖1 (b)、圖2所示，所述人工表面等離激元波導(dǎo)2包括第二介質(zhì)基片21，所述第二介質(zhì)基片21的上下表面均設(shè)置有第二金屬化層(22，23)，所述第二金屬化層(22，23)上設(shè)置有一個(gè)以上的金屬凹槽24，且所述金屬凹槽24的深度從兩邊向中間依次遞增排列，且金屬凹槽的深度遞增直至與第二金屬化層(22，23)厚度相同，同時(shí)位于第二介質(zhì)基片21上下兩個(gè)表面上的第二金屬化層(22，23)的金屬凹槽24開口方向相反，第二介質(zhì)基片21的下表面設(shè)置的第二金屬化層23的金屬凹槽24的開口向上，上表面設(shè)置的第二金屬化層22的金屬凹槽24的開口向下。
[0030]同排的金屬化過(guò)孔13之間的間