基于弯曲波纹基片集成等离子波导的带通滤波器设计

文中提出一种基于弯曲波纹基片集成人工等离子激元波导（BCSIPW）的微波带通滤波器（MBF）结构。通过在基片集成波导（SIW）的顶层和底层蚀刻阵列槽,实现具有低截止频率和高截止频率的人工表面等离子体激元模式（SSPPs）。同时,通过在基片集成波导顶层采用两排1 4弯曲短截线代替金属通孔,避免基板集成波导的金属通孔加工。为验证所设计结构的性能,设计一种BCSIPW带通滤波器。仿真和测试结果表明,该滤波器的通带范围为9～11.5 GHz,带内回波损耗≤-12.5 dB,插入损耗≤2.5 dB。BCSIPW结构具有集成度高、加工方便等优点,在微波器件及组件中具有良好的应用前景。     

基于梯形槽阵列的SSPPs型带通微波滤波器

该文采用时域有限差分法(FDTD)设计了一种具有阶梯槽结构的人工表面等离激元(SSPPs)型带通微波滤波器。滤波器由4部分组成,其中第二部分(阶梯阻抗槽)是过渡部分,新颖的周期性排列的阶梯阻抗槽设计可增强微波波段亚波长的束缚效果,提高带通SSPPs滤波器的通带特性和抗电磁干扰能力。该文还利用FDTD法对微波频率范围内的SSPPs滤波器的透射和反射特性进行了研究。结果表明,通过调整阶梯阻抗槽结构的几何尺寸及传输线中耦合间隙参数,可以灵活地控制滤波器的带宽和抑制特性,滤波器具有很强的抗空间电磁干扰能力。     

半模基片集成波导带通滤波器的设计

给出了一种新型半模基片集成波导（HMSIW）带通滤波器的设计和实验方案。该设计利用了半模基片集成波导的高通性质与周期性缝隙的带阻性质来产生带通滤波器的效果。设计的滤波器的中心频率在8GHz,带宽在12．5％左右,通带内插入损耗在1dB以下,回波损耗在-15dB以下,同时具有一定的带外抑制和良好的通带和阻带特性。文章最后用Ansoft HFSS软件进行了仿真实验。     

一种新型的HMSIW宽带带通滤波器

提出一种基于半模基片集成波导和缺陷地结构的新型宽带带通滤波器,将半模基片集成波导的高通特性与改进的哑铃形缺陷地结构的低通特性结合,实现了一种宽带小型化的带通滤波器。仿真与测试结果表明,该滤波器中心频率为5.3 GHz,相对带宽为53%,通带范围内插入损耗小于1.6 dB。该滤波器具有宽带小型化,容易集成等优点。     

石墨烯-介质纳米线混合波导亚波长传输特性

设计了一种由圆形硅纳米线和涂覆石墨烯的三角形纳米线组成的混合等离激元波导结构,采用有限元方法研究了该波导中的基模场分布和亚波长传输特性。利用硅纳米线波导周围的倏逝波与石墨烯的耦合,大幅提升了等离激元波导的亚波长传输性能。研究结果表明,三角形顶角大小、间隙距离、石墨烯费米能级等对模式的传输特性有很大影响。所设计的波导结构具有强光场局域、低损耗传播和高品质因数等优点。与同类型结构相比,所设计的波导综合性能更优,有望应用于波导集成型等离激元光器件中,如调制器、纳米激光器等。     

基于金属周期槽阵列的太赫兹带阻滤波器

提出了一种结构简单的新型太赫兹带阻滤波器。滤波器结构为内表面刻有方型槽阵列的平行平板波导。太赫兹波入射时,在周期结构表面激发出只与表面几何结构有关的表面等离子波。有限元法仿真结果表明:平行平板波导中波导模式的基模转换为表面等离子模式,该模式和高阶波导模式之间产生能带间隙,频率在该间隙频段内的太赫兹波将无法在波导内传播,从而实现带阻滤波功能。通过错位法,可以对该结构进行改进,使该阻带与较高频阻带间的通带增大,使结构更符合带阻滤波器的要求。通过改变两板间距,槽宽和槽深各参数可以得到不同带宽和中心频率的阻带。     

具有小型化与高选择性的双频带通滤波器的设计

为了满足C波段卫星通信系统的应用需求,提出了一种具有小型化与高选择性的双频带通基片集成波导滤波器. 滤波器第一通带由蚀刻在四分之一模基片集成波导腔顶层的L型谐振槽提供,第二通带由新型左右手结构提供. 其中L型谐振槽可以充当四分之一波长谐振器,激励腔内基本模式产生低频处的响应;新型左右手结构较传统结构增大了叉指电容值,降低了谐振频率. 通过仿真优化和测试,双频带通滤波器的中心频率为3.9 GHz和6.2 GHz,相对带宽为3.3%和2.1%,通带之间的衰减优于70 dB,且在通带外存在三个传输零点,具有良好的频率选择性. 表明了所提滤波器具有体积小、选择性高的特性,非常适合集成于卫星通信前端系统中.     

基于石墨烯/光子晶体混合结构的石墨烯表面等离激元波导

由于石墨烯的无带隙线性能级结构,使得石墨烯等离激元具有能量局域强,响应频段宽,传播距离长,并可由偏置电压动态调控等优良特性。文章设计石墨烯与光子晶体的混合结构,利用光子晶体的能带结构和线缺陷的特点,形成了石墨烯表面等离激元波导,通过改变石墨烯的费米能级,实现了石墨烯表面等离激元波导频率的调控。     

MIM波导结构中的等离激元诱导透明和慢光效应

基于金属/介质/金属(MIM)波导,提出了一种两侧含有双环、四环谐振腔的等离激元波导滤波结构,采用电磁仿真计算了其电磁传输特性,通过场分布分析了透射谱中通带和谷值产生的物理机理。仿真结果表明该结构可实现等离激元诱导透明(PIT),通过改变谐振腔的有效半径,可调节PIT窗口的位置、带宽和慢光效应。计算结果显示在双环和四环谐振结构的PIT窗口,可以实现0.148和0.358ps的信号延迟。这一特性在可调滤波器件、光存储器件和集成光子器件设计上具有潜在应用价值。     

双模基片集成波导腔体的研究及其在带通滤波器中的应用

提出了基于双模谐振腔的基片集成波导带通滤波器的设计,用矩形腔体中的TE_(102)和TE_(201)模式来构建通带。在传统双模谐振器分析的基础上进行研究,利用加载在腔体中心的槽线来扰动简并模,单通带和双通带性能可以通过调节槽线的长度来进行转换,并给出了对以上的功能转换的解释和说明。设计了单通带和双通带两种基片集成波导滤波器,并进行了仿真和测试,测试结果和仿真结果有较好的吻合度。     

集成宽带折叠半模基片集成波导带通滤波器

 本文提出并设计了一种新型的折叠半模基片集成波导（Folded Half-Mode Substrate Integrated Waveguide: FHMSIW）宽带带通滤波器,并给出了FHMSIW上层金属层槽缝式和中间金属层槽缝式宽带滤波器的仿真和测试结果。相对于半模基片集成波导（Half-Mode Substrate Integrated Waveguide: HMSIW）槽缝式滤波器,由双层PCB制作的FHMSIW槽缝式滤波器的尺寸减小了约一半。同时测试结果和仿真结果表明该宽带滤波器具有损耗小、带外抑制好等特性。     

具有高强度带外抑制特性的宽带双脊喇叭天线

提出了一种具有高强度带外抑制特性的宽带双脊喇叭天线。首先,采用两对喇叭外壁与双脊波导构成了开口波导结构,利用波导的高通特性实现高强度的带外抑制。然后,设计了一种非对称阶梯式双脊结构,基于脊结构降低喇叭主模截止频率的原理,获得较宽的工作带宽。 仿真结果表明,提出的双脊喇叭天线在 12~18 GHz 内具有良好的阻抗匹配性能和稳定的方向图性能,通带内插入损耗小于 0.5 dB。同时,通带与阻带之间的过渡带很窄,传输系数在 11 GHz 以下的频率范围内保持在-11 dB 以下。所有结果表明,提出的双脊喇叭天线能够在保持良好的阻抗性能和稳定的方向图性能的同时,实现高强度的带外抑制效果。     

基于HMSIW的宽带带通滤波器设计

为有效减小C波段基片集成波导的尺寸和插入损耗,提出了一种基于半模基片集成波导的紧凑型宽带带通滤波器。该滤波器引入由单个谐振槽和多个谐振槽组成的缺陷微带结构,并对其性能进行了研究。通过HFSS仿真验证,引入的缺陷微带结构,不仅可以减小插入损耗,而且实现传输零点的引入,改善了阻带特性。该方法设计的半模基片集成波导带通滤波器具有集成度高、体积小、成本低、制造方便等优点,在C波段卫星和雷达中得到了广泛的应用。     

宽带近红外表面等离激元逻辑与门器件的设计

提出了一种宽带近红外表面等离激元逻辑与门纳米结构。两个输入端由相互平行的狭缝天线构成的近红外宽带定向表面等离激元耦合器构成。这种放置在圆弧上的耦合器阵列纳米结构在径向偏振光照射下表面等离激元具有聚焦特性。两个相同的这种圆弧形纳米结构产生的表面等离激元聚焦光斑分别由两个槽型波导传输到输出端叠加干涉。在发生线性干涉时,两个振幅相同,偏振方向一致,相位差为零的表面等离激元干涉强度为单个圆弧形纳米结构产生的表面等离激元强度的4倍。理论分析了结构和器件原理,并用时域有限差分法软件模拟了输入输出逻辑关系以及宽带特性。     

一种基于DGS和EBG混合结构的毫米波滤波器设计

设计了一款可应用于毫米波频段（22.5～29.5 GHz）的小型化、高性能带通滤波器。首先利用羊角型DGS结构的谐振特性,在基片集成波导（Substrate integrated waveguide,SIW）的高通通带内产生阻带和低通特性;之后在滤波器输入微带线上耦合U型电磁带隙结构（Electromagnetic band gap,EBG）,利用该结构产生的两传输零点之间的带宽可以调整的特性,来保证滤波器通带带宽及提供高带外抑制;最后利用电磁仿真软件HFSS 13.0对滤波器进行仿真与优化。实测结果表明,该滤波器整体尺寸为10 mm×5 mm,中心频率为26 GHz,3 dB截止频率分别为22.1 GHz和29.3 GHz,带宽为7.2 GHz,相对带宽达到了28%,滤波器的插入损耗为1 dB,回波损耗优于15 dB,上、下边带带外抑制均优于25 dB,可应用于毫米波频段无线通信系统中。     

柔性人工表面等离激元传输线的小型化设计

为了实现高集成度通信系统中高频信号的可靠传输,提出了一种小型化叉指H形人工表面等离激元传输线结构. 采用共面双导体形式,并在金属矩形凹槽处添加叉指结构,实现色散特性调控和尺寸缩减. 同时给出单元结构的等效电路模型,验证了小型化结构的设计原理,分析了力学形变时传输线的性能. 仿真与测试结果表明,与常规的人工表面等离激元相比,叉指H形人工表面等离激元传输线可在保持相同带宽（3～15.25 GHz）的同时,线宽减少79.5%,尺寸仅为2.28λ_g×0.098λ_g（λ_g为中心频率对应的波长）. 在平坦和变形时加工实物的带宽保持在3～12.90 GHz,与仿真结果较吻合. 设计的结构具有高频、小型化和柔性超薄等特点,在超小型高速通信系统中具有潜在的应用前景.     

基于CRLH TL结构的带通滤波器设计与研究

基于复合左右手传输线（CRLH TL）原理,利用微带与共面波导组合的双层介质结构,设计了一种新型带通滤波器。其等效左手电容由金属 绝缘体 金属（MIM）耦合结构提供,等效左手电感由蘑菇型零阶谐振器（MZOR）中的短路通孔实现。通过研究MZOR中U型槽长度变化对滤波器性能的影响得知,该带通滤波器具有结构紧凑,带宽较大,插入损耗较小等优点。HFSS仿真结果显示,滤波器的通带为3.4~7.2 GHz,通带内插入损耗低于-0.5 dB,回波损耗小于-11.5 dB。因此,该滤波器可应用于超宽带无线通信系统。     

具有宽频特性带通频率选择表面的设计

基于高阶特性的频率选择表面（FSS）有更好的带宽展宽性,提出了利用高阶带通FSS的方法 来 设计具有宽频特性的带通FSS。设计了一种基于圆结构具有五层结构的FSS,利用仿真软件对 FSS单元进行计算和分析。分析结果表明：此五层结构的FSS具有三阶单通带性能,其绝对 带宽达到6.07 GHz,相对带宽达到72%,通带平稳光滑,通带内插损小,对不同角 度、 不同极化方式入射的电磁波保持很好稳定性。此FSS具有很稳定的宽频特性,从而验证了此 宽频带通FSS设计方法的可行性。     

一种通带可控的双频SIW滤波器设计

提出了一种通过加载T形槽实现双频可控的基片集成波导带通滤波器。滤波器的双频特性由SIW腔内对称的T形槽线谐振器微扰TE101和TE102模得到。通过改变槽线谐振器的物理尺寸可以实现对滤波器两个通带中心频率的灵活控制。为了验证上述方法的可行性,设计了一个中心频率为3.77 GHz和9.27 GHz的双频滤波器。实测得该双频滤波器两个通带的回波损耗优于11 dB,在3.77 GHz时插入损耗为0.8 dB,第一通带的相对带宽可达13%。仿真和测试结果吻合较好,证实了设计方法的有效性。     

基于人工表面等离子体激元带通滤波器的设计

设计了基于人工表面等离子体激元(spoof surface plasmon polaritons,spoof SPPs)的带通滤波器,在介质基板上覆上一层超薄金属铜,并将金属表面刻为周期波纹状金属条,同时结合马赫曾德尔干涉仪(Mach–Zehnder interferometer,MZI),将金属条设计为MZI结构,并对MZI的干涉臂设计了两个取向相反的金属条结构,构成滤波器耦合部分,分析了耦合间距以及耦合单元个数对带通滤波器带宽的影响并进行了仿真。结果表明,该滤波器具有–3 d B从4.8 GHz到8.3 GHz的带宽。基于人工等离子体激元的带通滤波器的设计为今后人工表面等离子体在微波行业的应用提供了思路。