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，簡稱SPPs)是沿著金屬與介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑ザS波，存在于可見光或者紫外光區(qū)域，而人工表面等離子體激元（Spoof Surface Plasmon Polaritions，簡稱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)計金屬表面的幾何結(jié)構(gòu)實現(xiàn)Spoof SPPs對微波頻率的控制。本文在金屬表面設(shè)計了周期排列的槽結(jié)構(gòu)，分析在此結(jié)構(gòu)下的Spoof SPPs的色散特性，得到Spoof SPPs與入射信號存在動量不匹配的結(jié)論，因此設(shè)計了實現(xiàn)Spoof SPPs與入射波動量匹配的方法，利用共面波導(dǎo)(CPW)饋電的方式，同時設(shè)計梯形槽和擴口接地面，實現(xiàn)動量匹配，激發(fā)Spoof SPPs，并使其沿著設(shè)計的金屬槽傳播。
　　基于金屬表

3、面刻周期陣列的槽結(jié)構(gòu)時Spoof SPPs的色散特性的理論分析與研究，先后設(shè)計了4個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)合馬赫增德爾干涉儀(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)過分束器時，將信號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)過另一個分路器

4、耦合為一路信號并輸出。通過對S曲線的分析，得到設(shè)計的低通濾波器的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)的色散曲線的漸進頻率吻合。
　　2、將MZI結(jié)構(gòu)進行改進，改變其中一條干涉臂的長度，使得信號分兩路傳播時所走路徑不同。由于電磁波傳播過程中路徑不同，使得在輸出端的合路器耦合時電磁波的相位不同，經(jīng)過MZI的相位差公式，理論計算干涉相消的頻率，并經(jīng)過仿真驗證的到S曲線曲，經(jīng)驗證，在通

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