【摘 要】
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表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）作为一种在金属与介质交界面传播的表面波,有着良好的局域限制能力,但只能在光以及更高频段才能被有效激发。人工表面等离子体激元（Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs）的提出将SPPs延伸到太赫兹以及微波等低频段,这可以通过设计金属表面几何形状来控制SSPP传播的截止频率来实现。基于
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表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）作为一种在金属与介质交界面传播的表面波,有着良好的局域限制能力,但只能在光以及更高频段才能被有效激发。人工表面等离子体激元（Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs）的提出将SPPs延伸到太赫兹以及微波等低频段,这可以通过设计金属表面几何形状来控制SSPP传播的截止频率来实现。基于SSPPs设计的微波器件继承了其优良特性,比如较高的传输性能、亚波长结构尺寸等。在微波系统中,滤波器的应用较为广泛,特别的,相比单频滤波器,多频段滤波器在实际应用更加灵活与高效,因此设计具有多频滤波器具有很好的现实意义。本文主要基于SSPPs进行多频滤波器的设计,采用渐变槽与双面结构两种不同SSPPs波导结构设计出具有两/三频的滤波器,具体研究成果如下:1.基于渐变槽SSPPs波导多频滤波器。首先基于渐变槽SSPPs波导结构设计出具有较宽带宽的低通滤波器,采用共面波导的馈电方式,在通带拥有小于3dB的插入损耗。其次引入结构对称的E形谐振器与SSPPs波导耦合产生谐振阻带,将通带分割成多个频带。E形谐振器具有奇偶两种谐振模式,当谐振器的中间枝节达到一定值时,其偶模式谐振退化消失,使得原始通带被分为低通和带通。其中具有3dB插入损耗的低通滤波器的截止频率为2.83GHz;带通滤波器的工作带宽为4.2GHz,且在谐振中心频率处具有较高的抑制效果。当奇偶模式谐振都存在时,原低通滤波器变成三频滤波器,包括一个低通滤波器,两个带通滤波器。具有3dB插入损耗的低通滤波器的截至频率为2.83GHz;第一个带通滤波器的工作带宽为1.43GHz;第二个带通滤波器的工作带宽为2.7GHz,且在奇偶模谐振中心频率处具有良好的抑制效果。最后通过在谐振器中引入变容二极管实现电可调多频滤波器,仿真结果表明奇模式谐振可调带宽为260MHz,偶模式谐振可调带宽为480MHz。2.基于双面SSPPs波导结构的多频滤波器。首先,通过在波导传输线上短接短路短截线与开路短截线形成双模谐振器构成带通效应。其次,将波导部分与过度结构、微带馈电部分结合,设计出具有两个带通特性的双频滤波器。仿真结果表明第一个带通滤波器的3dB插入损耗的通带带宽为1.02GHz;第二个带通滤波器的3dB插入损耗的通带带宽为870MHz,两通带之间的隔离效果较好,其最大抑制达到52dB。并对通带与带外频点的电场分布进行模拟,使滤波特性显现更加直观。然后,通过加长短接的短截线时,仿真发现会出现三个通带。第一个带通滤波器具有3dB插入损耗工作带宽为1.23GHz。第二带通滤波器具有3dB插入损耗工作带宽为560MHz。第三个带通滤波器具有3dB插入损耗的工作带宽为450MHz,且各通带间的最大隔离抑制为62dB,抑制效果较好。最后对所设计的双/三通带滤波器的结构进行实物加工与S参数的测试,其测试结果与仿真结果基本吻合。
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