基于人工表面等离子体激元高阶模式的带通滤波器.docx
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基于人工表面等离子体激元(SSPPs)的一阶高次模设计的带通滤波器具有优异的带通性能,通过改变 SSPPs 单元结构的几何参数,可以独立控制其渐近频率和与自由空间中光线的交点频率。该滤波器在 6~9.9 GHz 的通带频率范围内的插入损耗小于 1 dB,带内回波损耗优于 10 dB,实验结果与仿真结果具有良好的吻合度。 本文首先对表面等离子体激元(SPPs)进行了介绍,SPPs 是一种沿导体表面在光频率范围内传播的独特的表面电磁波,具有强光约束性且能够突破衍射极限。在高密度集成光学元件和电路设计中具有潜在的应用前景。 然后,对人工表面等离子体激元(SSPPs)进行了介绍,SSPPs 是一种基于金属超构表面的创新技术,可以工作在微波及太赫兹波段,具有强场约束性,能够将电磁能量束缚在亚波长范围内且使其沿周围呈指数衰减。SSPPs 的色散特性可以通过优化周期性单元结构的几何参数实现任意调整,具有通用性。 然而,SSPPs 笨重的三维结构导致其很难与传统的微波和太赫兹平面电路集成。近年来,崔铁军院士团队提出了基于周期性锯齿结构金属超构表面的超薄 SSPPs 传输线,成功将 SSPPs 应用到微波及太赫兹平面电路中,大大推动了 SSPPs 技术的发展。 本文中基于 SSPPs 传输线的功能器件也被大量研究,如传感器、滤波器、天线、功分器、分频器等。这些器件均是基于 SSPPs 的基模进行研究和设计的,但是 SSPPs 基模与空间导模模式的天然隔离,导致难以实现高效的直接激励。因此,通常需要采用额外的阶梯渐变结构实现 SSPPs 的基模模式与传统传输线的连接。 在本文中,我们提出了基于 SSPPs 高阶模式的带通滤波器设计,采用 Yagi-like 天线结构的 SSPPs 单元,可以有效降低 SSPPs 的渐近频率,并可以独立控制其渐近频率和与自由空间中光线的交点频率。该滤波器在 6~9.9 GHz 的通带频率范围内的插入损耗小于 1 dB,带内回波损耗优于 10 dB,实验结果与仿真结果具有良好的吻合度。 本文的研究结果表明了基于 SSPPs 高阶模式的带通滤波器设计具有优异的带通性能,具有广泛的应用前景。
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