【摘要】：以人工表面等離激元(Spoof Surface Plasmon Polariton,SSPP)為背景,本文提出四種新型平面SSPP微波濾波器。論文詳細介紹了這些新型濾波器的結構和理論基礎,研究了新型濾波器的色散特性,并通過濾波器實物對設計方法進行驗證。主要取得以下成果:首先提出一種低插損平面SSPP低通微波濾波器。對一個單梳狀SSPP低通濾波器的規(guī)律型結構參數(shù)進行優(yōu)化,進而得到一個結構參數(shù)不規(guī)律的低損耗濾波器。優(yōu)化過程改善了濾波器近零赫茲頻段的反射系數(shù)和插入損耗,提升了濾波器的帶外抑制水平,并縮小了濾波器尺寸。兩個濾波器的色散特性曲線揭示了優(yōu)化過程能夠提升濾波器性能的原因。兩個濾波器的對比結果表明打破傳統(tǒng)SSPP濾波器在結構參數(shù)上的規(guī)律性有助于提升濾波器的性能。其次提出一種新型混合型平面SSPP-SIW(Substrate Intergrated Waveguide)寬通帶濾波器。平面雙光柵SSPP和SIW在同一區(qū)域實現(xiàn)了傳輸模式和頻率特性的融合,進而得到一個上下邊帶獨立可控的寬通帶濾波器�；旌闲蜑V波器在提升SSPP濾波器傳輸效率的同時提供了較低的插入損耗,并提升了傳統(tǒng)濾波器的帶外抑制水平。然后提出一種新型單阻帶平面SSPP帶阻微波濾波器。該濾波器在低通SSPP濾波器的縫隙內(nèi)插入折疊開口環(huán),從而實現(xiàn)了通帶-阻帶-通帶的頻率特性,但并未增大濾波器的尺寸。本文濾波器簡化了傳統(tǒng)濾波器的結構,并實現(xiàn)了結構參數(shù)對阻帶帶寬的控制。本文研究了單阻帶SSPP單元的色散頻率特性,建立了色散頻率特性與濾波器S參數(shù)之間的聯(lián)系,給出了濾波器結構參數(shù)控制其S參數(shù)的方法。最后提出兩個新型雙阻帶和三阻帶SSPP濾波器。兩個濾波器都通過級聯(lián)具有不同阻帶中心頻率的單阻帶SSPP單元實現(xiàn),因此各阻帶之間的頻率特性相互獨立。與同類SSPP濾波器相比,本文的多阻帶濾波器提供了更小的尺寸、更寬的阻帶帶寬和良好的頻率參數(shù)可控性,并實現(xiàn)了結構參數(shù)對阻帶帶寬的控制。與常規(guī)非SSPP濾波器相比,本文濾波器具有更深的抑制深度和更陡的抑制邊帶。本文分析了級聯(lián)的多阻帶非周期SSPP結構與單阻帶周期SSPP結構的異同,給出了濾波器結構參數(shù)控制S參數(shù)的具體方法,并測試了濾波器實物對設計方法進行驗證。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN713
【圖文】：

電子科技大學碩士學位論文結構化的等效結果，遠低于金屬本身的等離頻率，因此 SSPP 中的金屬具有較小損耗；第二，SSPP 的色散特性完全由金屬的結構決定，因此可通過改變金屬的構參數(shù)調(diào)控 SSPP 的色散特性。目前已經(jīng)有多種不同的 SSPP 結構和效應相繼被出，工作頻率覆蓋了微波、毫米波和太赫茲波段[4 11]。

[12]，其寬度為亞波長尺寸，厚度是工作波長的幾百分之一（圖1-3）。SSPP 沿著紋波金屬條傳播，電場在垂直于傳播方向的交界面兩側呈指數(shù)衰減，實現(xiàn)了真正意義上的亞波長束縛。將這種紋波金屬條印制在柔性超薄介質表面后，電磁能量能在彎曲的介質表面實現(xiàn)低損耗傳播；還可以將其印制在通用微波基板上與傳統(tǒng)微波器件集成。以這種紋波金屬條結構圖 1-3 近似零厚度的超薄共形 SSPP[12]2

電子科技大學碩士學位論文最后，低通 SSPP 濾波器的截止邊帶比常規(guī)濾波器陡峭得多，比如文獻 [37] 中濾波器的帶外抑制在約 100 MHz 寬的截止帶內(nèi)就實現(xiàn)了 40 dB 的變化量（圖1-4(b)），這正是 SSPP 濾波器相比常規(guī)濾波器的優(yōu)勢所在。(a) 原理圖(b) S 參數(shù)圖 1-4 一種具有代表性的低通 SSPP 濾波器[37]正由于 SSPP 的色散常表現(xiàn)出低通的頻率特性，在理想情況下，SSPP 最適用于實現(xiàn)低通濾波器。然而，當 SSPP 被應用于實現(xiàn)濾波器時，具有低通色散頻率特性的 SSPP 濾波器常在接近零赫茲的頻段內(nèi)表現(xiàn)出較大的反射系數(shù)和插入損耗[37,39,40]（圖1-4(b)）。這一缺陷甚至致使具有低通色散頻率特性的 SSPP 單元被應用于實現(xiàn)帶通 SSPP 濾波器[35,36,41,42]。研究者進行了大量研究以求解決這一問題。文獻 [35,37] 嘗試改變 SSPP 的結構和信號饋入方式，并在這些改變中嚴格保持 SSPP 單元和模式轉換單元的周期性。二者都減小了近零赫茲頻段的反射系數(shù)，但近零赫茲頻段的反射系數(shù)和插入損耗仍高于更高頻段的值。文獻 [38] 對模式轉換單元的結構參數(shù)進行優(yōu)化，打破了模式轉換單元的周期性。這種做法進一步減小了近零赫茲頻段的反射系數(shù)

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 董賢子;陳衛(wèi)強;趙震聲;段宣明;;飛秒脈沖激光雙光子微納加工技術及其應用[J];科學通報;2008年01期

2 李繼軍;吳耀德;宋明玉;;表面等離子體激元基本特征研究[J];長江大學學報(自科版)理工卷;2007年04期

相關碩士學位論文 前1條

1 陳靜;基于人工表面等離子體的微波濾波器的研究[D];中國計量大學;2016年

本文編號：2805260