基于Mie谐振的介质超材料滤波器研究

发布时间：2020-04-09 10:07

【摘要】：在通信系统中,滤波器可以传输期望的目标信号以及抑制不想要信号的传输。滤波器可以保证各个通信系统之间的频谱不会产生相互干扰,从而有助于提高通信系统的性能。超材料是一种新型的人工复合材料,通过控制超材料的几何参数与电磁参数,我们可以调控电磁波的传播。超材料的研究发展为新型微波滤波器的发展奠定了基础。本文第一步主要研究了基于Mie谐振的宽带介质超材料滤波器。首先,我们设计了基于Mie谐振的介质超材料滤波器,详细说明了如何利用CST软件对滤波器进行建模仿真,系统分析了结构参数对滤波器性能的影响,并阐述了介质超材料在滤波器中心频率处的谐振模式。然后,我们制备了所设计的宽带滤波器并进行了性能测试。实验测试结果表明,该滤波器的中心频率约为7.4 GHz,-10 dB相对带宽约为40%。此外,实验结果与仿真结果证实了所设计的宽带滤波器具有良好的宽带响应。进一步地,我们又研究了基于Mie谐振的介质超材料温度可调滤波器,CaTiO3介质陶瓷的介电常数随温度的升高而降低,这在所提出的滤波器中起着关键作用。模拟结果表明该温度可调滤波器在2-12 GHz频率范围内具有两个阻带,且随着介电常数的减小,两个阻带的中心频率均增大。实验结果表明,随着温度从21.7℃上升至74.3℃,该滤波器的第一谐振频率从4.41 GHz增加到5.08 GHz,同时,第二谐振频率从10.53 GHz增加到10.77 GHz。对于第一谐振频率,滤波器的可调性(F/T)为12.74 MHz/℃;对于第二谐振频率,F/T值是4.56 MHz/℃。通过实验结果与模拟结果的对比分析,我们认为所提出的滤波器具有温度可调滤波特性。
【图文】：

逑斗篷内［４４］。２００８年清华大学的周济课题组基于Ｍｉｅ谐振原理设计ＢＳＴ－ＭｇＯ电介质逡逑复合材料，，结构如图１－１所示，该结构实现了在较小的温度变化范围内负磁导率连续逡逑可逆地调节［４５］。２０１０年，东南大学的崔铁军课题组通过互补双环谐振器结构来实现逡逑平面超材料，并通过仿真和实验结果对比论证了左手传输峰的产生是基于共振频率附逡逑近负的有效介电常数和负的磁导率［４６］。逡逑ｆ．，邋，叫二—逡逑＝？邋■．邋一邋．…｜邋．邋Ｗ邋．律逡逑：卜八邋ｖ逦Ｘ－２０－逦…逦／邋Ｊ．逡逑ＥＭ邋ｗａｖｅ邋＇邋＇邋９邋：’丨邋Ｏ邋＊？：邋：邋？．逦ｃ／Ｔ逦一逦￣￣■邋—？」」二——逦Ｉ逡逑ｆ邋＞邋？邋？邋ｆ邋；邋？逦Ｉ逡逑ｃｅｒａｍｉｅ＾＾；邋巧邋Ｑ邋Ｏ邋Ｏ邋Ｃ逦ＩＩ逡逑ｃｕｂｅ逦m钘

本文编号：2620616