基于人工表面等離子體的微波濾波器的研究.pdf

1、表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritions，簡(jiǎn)稱(chēng)SPPs)是沿著金屬與介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑ザS波，存在于可見(jiàn)光或者紫外光區(qū)域，而人工表面等離子體激元（Spoof Surface Plasmon Polaritions，簡(jiǎn)稱(chēng)Spoof SPPs）是光波段中表面等離子體激元在微波和太赫茲波段的一個(gè)重要拓展，它本質(zhì)上是一種被金屬表面周期性凹槽或者孔約束和傳播的表面電磁模式。由于Spoof SPPs的特性受金屬表面幾何

2、結(jié)構(gòu)參數(shù)的控制，因此可以設(shè)計(jì)金屬表面的幾何結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)Spoof SPPs對(duì)微波頻率的控制。本文在金屬表面設(shè)計(jì)了周期排列的槽結(jié)構(gòu)，分析在此結(jié)構(gòu)下的Spoof SPPs的色散特性，得到Spoof SPPs與入射信號(hào)存在動(dòng)量不匹配的結(jié)論，因此設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)Spoof SPPs與入射波動(dòng)量匹配的方法，利用共面波導(dǎo)(CPW)饋電的方式，同時(shí)設(shè)計(jì)梯形槽和擴(kuò)口接地面，實(shí)現(xiàn)動(dòng)量匹配，激發(fā)Spoof SPPs，并使其沿著設(shè)計(jì)的金屬槽傳播。
　　基于金屬表

3、面刻周期陣列的槽結(jié)構(gòu)時(shí)Spoof SPPs的色散特性的理論分析與研究，先后設(shè)計(jì)了4個(gè)基于人工表面等離子體激元的微波濾波器，主要成果如下：
　　1、設(shè)計(jì)了基于人工表面等離子體激元的低通濾波器。器件的設(shè)計(jì)是在超薄金屬表面上刻周期陣列的槽結(jié)構(gòu)，并結(jié)合馬赫增德?tīng)柛缮鎯x(MZI)結(jié)構(gòu)，分析其濾波特性。MZI的干涉臂的夾角為60°，電磁波從輸入端輸入經(jīng)過(guò)分束器時(shí)，將信號(hào)1:1分成兩路，并分別沿著上下兩條干涉臂繼續(xù)傳播，在輸出端經(jīng)過(guò)另一個(gè)分路器

4、耦合為一路信號(hào)并輸出。通過(guò)對(duì)S曲線的分析，得到設(shè)計(jì)的低通濾波器的3dB帶寬從2.1GHz到10.7GHz，為8.6GHz，截止頻率為15GH，與金屬槽結(jié)構(gòu)的色散曲線的漸進(jìn)頻率吻合。
　　2、將MZI結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改變其中一條干涉臂的長(zhǎng)度，使得信號(hào)分兩路傳播時(shí)所走路徑不同。由于電磁波傳播過(guò)程中路徑不同，使得在輸出端的合路器耦合時(shí)電磁波的相位不同，經(jīng)過(guò)MZI的相位差公式，理論計(jì)算干涉相消的頻率，并經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證的到S曲線曲，經(jīng)驗(yàn)證，在通

5、帶范圍內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)干涉相消的頻率為：8.65GHz和10.5GHz。設(shè)計(jì)了在低通濾波器中插入兩個(gè)陷波的新型低通濾波器。
　　3、設(shè)計(jì)了基于人工表面等離子體激元的帶通濾波器。器件的設(shè)計(jì)是在超薄金屬表面刻兩個(gè)取向相反的金屬槽結(jié)構(gòu)，使電磁波經(jīng)過(guò)耦合部分之后分成上下兩路信號(hào)進(jìn)行傳播。耦合部分，利用微波網(wǎng)絡(luò)分析的方法，將耦合部分當(dāng)做四端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，利用對(duì)稱(chēng)性，簡(jiǎn)化為二端口的網(wǎng)絡(luò)分析。分析耦合部分的耦合間距以及耦合單元個(gè)數(shù)對(duì)于帶通濾波器通帶