基于人工表面等离子体的微波滤波器的研究

发布时间：2017-10-05 01:22

  本文关键词：基于人工表面等离子体的微波滤波器的研究

  更多相关文章： 表面等离子体激元 人工表面等离子体激元 微波频率 滤波器

【摘要】：表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritions,简称SPPs)是沿着金属与介质的分界面传播二维波,存在于可见光或者紫外光区域,而人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmon Polaritions,简称Spoof SPPs)是光波段中表面等离子体激元在微波和太赫兹波段的一个重要拓展,它本质上是一种被金属表面周期性凹槽或者孔约束和传播的表面电磁模式。由于Spoof SPPs的特性受金属表面几何结构参数的控制,因此可以设计金属表面的几何结构实现Spoof SPPs对微波频率的控制。本文在金属表面设计了周期排列的槽结构,分析在此结构下的Spoof SPPs的色散特性,得到Spoof SPPs与入射信号存在动量不匹配的结论,因此设计了实现Spoof SPPs与入射波动量匹配的方法,利用共面波导(CPW)馈电的方式,同时设计梯形槽和扩口接地面,实现动量匹配,激发Spoof SPPs,并使其沿着设计的金属槽传播。基于金属表面刻周期阵列的槽结构时Spoof SPPs的色散特性的理论分析与研究,先后设计了4个基于人工表面等离子体激元的微波滤波器,主要成果如下:1、设计了基于人工表明等离子体激元的低通滤波器。器件的设计是在超薄金属表面上刻周期阵列的槽结构,并结合马赫增德尔干涉仪(MZI)结构,分析其滤波特性。MZI的干涉臂的夹角为60°,电磁波从输入端输入经过分束器时,将信号1:1分成两路,并分别沿着上下两条干涉臂继续传播,在输出端经过另一个分路器耦合为一路信号并输出。通过对S曲线的分析,得到设计的低通滤波器的3dB带宽从2.1GHz到10.7GHz,为8.6GHz,截止频率为15GH,与金属槽结构的色散曲线的渐进频率吻合。2、将MZI结构进行改进,改变其中一条干涉臂的长度,使得信号分两路传播时所走路径不同。由于电磁波传播过程中路径不同,使得在输出端的合路器耦合时电磁波的相位不同,经过MZI的相位差公式,理论计算干涉相消的频率,并经过仿真验证的到S曲线曲,经验证,在通带范围内出现两个干涉相消的频率为:8.65GHz和10.5GHz。设计了在低通滤波器中插入两个陷波的新型低通滤波器。3、设计了基于人工表面等离子体激元的带通滤波器。器件的设计是在超薄金属表面刻两个取向相反的金属槽结构,使电磁波经过耦合部分之后分成上下两路信号进行传播。耦合部分,利用微波网络分析的方法,将耦合部分当做四端口网络进行分析,利用对称性,简化为二端口的网络分析。分析耦合部分的耦合间距以及耦合单元个数对于带通滤波器通带范围的影响,经过仿真分析的到耦合间距为1mm以及耦合单元个数为4时,带宽最宽,为4.8GHz到8.5GHz,3.7GHz的带宽。改变一条传输臂的长度,使得两路信号在输出耦合部分时存在相位差,根据相位差公式,相消的频率,经过仿真模拟,进一步验证,得到滤波器可以滤除5.8GHz和8.26GHz两个频率。设计了带通滤波器在通带范围内插入两个陷波的新型带通滤波器。
【关键词】：表面等离子体激元 人工表面等离子体激元 微波频率 滤波器
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN713
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 1 绪论15-27
• 1.1 研究背景与意义15-17
• 1.2 国内外发展现状17-23
• 1.3 Spoof SPPs代表性新应用23-24
• 1.4 论文的主要工作24-25
• 1.5 论文的章节安排25-27
• 2 Spoof SPP的基本理论与激发方式27-39
• 2.1 Spoof SPP的色散关系27-32
• 2.1.1 Spoof SPPs的波长31
• 2.1.2 Spoof SPP的传播距离31-32
• 2.1.3 Spoof SPP的趋肤深度32
• 2.2 Spoof SPP的激发方式32-36
• 2.2.1 棱镜耦合法33-34
• 2.2.2 光栅耦合法34-35
• 2.2.3 波导结构35-36
• 2.3 平面结构等离子体波导及其组件36-37
• 2.4 本章小结37-39
• 3 基于人工表面等离子体低通波滤波器的设计与分析39-53
• 3.1 引言39-41
• 3.2 金属槽结构Spoof SPPs色散曲线图41-46
• 3.3 基于马赫曾德尔干涉仪低通滤波器的结构设计46-48
• 3.4 低通滤波器的S参数48-49
• 3.5 带有陷波功能低通滤波器的设计49-51
• 3.6 带有陷波功能低通滤波器的S参数51-52
• 3.7 本章小结52-53
• 4 基于人工表面等离子体带通滤波器的设计与分析53-63
• 4.1 引言53-55
• 4.2 基于人工表面等离子体带通滤波器设计55-56
• 4.3 耦合部分理论分析56-60
• 4.4 带有陷波功能的带通滤波器的S参数60-61
• 4.5 本章小结61-63
• 5 总结与展望63-65
• 5.1 论文总结63
• 5.2 研究展望63-65
• 参考文献65-69
• 作者简历69

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本文编号：973981