一种综合人工表面等离激元器件的波导和基片集成波导的滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种结合了人工表面等离激元器件的波导和基片集成波导的滤波器，属于新型人工电磁材料领域。
【背景技术】
[0002]新型人工电磁材料(Metamaterials)是指电磁波在其中传播时具有特殊传导或者辐射特性的人工复合材料，也可以说是一种可以人工设计、满足特定等效介电常数和磁导率要求的电磁材料。新型人工电磁材料是基于等效媒质理论，即可以通过改变新型人工电磁材料单元结构的尺寸来改变等效介电常数和磁导率。经过十多年的发展，新型人工电磁材料得到了长足的发展，在隐身、天线工程等方面都有广泛的应用。
[0003]由于表面等离激元结构具有独特的性质，在数据储存、超分辨成像和负折射材料等方面有着重要的应用前景，使其成为当前广受国内外学者重视的热点研宄领域之一。但是由于金属在较低的频段无法表现出其介电常数为负值的特性，使得这种结构的优异特性无法在较低的频段内得以再现。近来，人们借助于新型人工电磁材料的概念，利用周期褶皱结构成功模拟了表面等离激元在光波段的性质，业内称这种特殊结构为人工表面等离激元。这种新型的传输结构与传统的光波段的表面等离激元具有相似的特性可能成为微波电路未来发展的方向之一。
[0004]已有的表面等离激元滤波器大部分是利用周期褶皱结构自身的特点制成的，并且结构尺寸较大，在实际应用中受到诸多限制。而此次提供了一种基于人工表面等离激元滤波器的新型综合方法，成功制成了结合人工表面等离激元器件的波导和基片集成波导的滤波器。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种综合人工表面等离激元器件的波导和基片集成波导的滤波器，该滤波器在较宽频带内都可以实现很好的传输特性，并具有很好的矩形系数。同时，调节相应的参数，还可以实现超宽带和窄带型滤波器，且都具有较好的传输特性。该滤波器具有易于加工、成本低、厚度薄、重量轻等优点，方便的制作共性电路，具有很高的实用价值。
[0006]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种综合人工表面等离激元器件的波导和基片集成波导的滤波器，包括人工表面等离激元波导和基片集成波导，且人工表面等离激元波导与基片集成波导、人工表面等离激元波导与端口、基片集成波导与端口均通过微带线转换器连接；
[0007]所述基片集成波导包括第一介质基片，所述第一介质基片的上下表面均设置有第一金属化层，同时所述第一介质基片沿人工表面等离激元波导与基片集成波导的中心线对称设置有两排金属化过孔；
[0008]所述人工表面等离激元波导包括第二介质基片，所述第二介质基片的上下表面均设置有第二金属化层，所述第二金属化层上设置有一个以上的金属凹槽，且所述金属凹槽的深度从两边向中间依次递增排列，且金属凹槽的深度递增直至与第二金属化层厚度相同，同时位于第二介质基片上下两个表面上的第二金属化层的金属凹槽开口方向相反。
[0009]优选的:同排的金属化过孔之间的间距相同；金属凹槽之间间距相同。
[0010]优选的:所述微带转换器的主体是一段线性的微带渐变线，此微带渐变线可实现波导与50欧姆微带线之间的阻抗变换。
[0011]有益效果:本发明提供的一种综合人工表面等离激元器件的波导和基片集成波导的滤波器，相比现有技术，具有以下有益效果:
[0012]1.本发明制作简单，加工方便。利用成熟的PCB加工技术可以完成对本发明的加工。
[0013]2.本发明提供一种基于人工表面等离激元滤波器的新型综合方法。结合人工表面等离激元器件的波导和基片集成波导的滤波器，在较宽频带内都具有良好的传输特性和矩形系数。
[0014]3.本发明可以仅仅通过调节结构的几何尺寸来改变器件的色散特性，是该滤波器在超宽带和窄带的频段也均具有良好的传输特性和矩形系数。调节简单，扩展性良好。因为结构整体上是利用金属单元结构的谐振效果来降低其等效的体相等离子谐振频率，因此，调节金属结构，相当于调节了其金属结构的谐振频点，使等离子频率发生变化，从而改变其色散特性。
[0015]4.本发明同时具备便携、重量轻、容易集成等优点。
【附图说明】
[0016]图1是本发明中波导的单元结构示意图，图1(a)是基片集成波导的单元结构的结构示意图；图1(b)人工表面等离激元波导的金属化层的凹槽开口向上的结构示意图，图1(c)是人工表面等离激元波导的金属化层的凹槽开口向下的结构示意图。
[0017]图2是本发明人工表面等离激元波导的结构示意图。
[0018]图3是本发明基片集成波导的结构示意图。
[0019]图4是本发明中结合人工表面等离激元器件的波导和基片集成波导的滤波器的结构示意图。其中，图4(a)该滤波器结构的正面示意图，图4(b)是该滤波器结构的反面示意图。
[0020]图5是本发明中各部分波导器件的色散关系图。其中，图5(a)是该滤波器中人工表面等离激元波导单元结构(黑色实线)和基片集成波导单元结构(黑色虚线)以及光线(黑色点虚线)的色散关系；图5(13)是该滤波器中人工表面等离激元波导结构随金属凹槽深度变化而产生改变的色散特性曲线；图5((:)该滤波器中基片集成波导结构随等效宽度变化而产生改变的色散特性曲线。
[0021]图6是本发明中的滤波器的S21 (黑色虚线)和Sll (黑色实线)参数的仿真结果曲线图。
[0022]图7是具有不同人工表面等离激元波导的金属凹槽深度的滤波器的S21参数的仿真结果曲线图。
[0023]图8是具有不同基片集成波导的等效宽度的滤波器的S21参数的仿真结果曲线图。
[0024]图9是根据不同的人工表面等离激元波导的金属凹槽深度和不同基片集成波导的等效宽度，而制成的超宽带滤波器和窄带滤波器的S21参数的仿真结果曲线图。
[0025]其中，I为基片集成波导，11为第一介质基片，12为第一金属化层，13为金属化过孔，2为人工表面等离激元波导，21为第二介质基片，22为上表面设置的第二金属化层，23为下表面设置的第二金属化层，24为金属凹槽。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0027]一种综合人工表面等离激元器件的波导和基片集成波导的滤波器，如图1、4所示，包括人工表面等离激元波导2和基片集成波导1，且人工表面等离激元波导2与基片集成波导1、人工表面等离激元波导2与端口、基片集成波导I与端口均通过微带线转换器连接;
[0028]如图1 (a)、图3所示，所述基片集成波导I包括第一介质基片11，所述第一介质基片11的上下表面均设置有第一金属化层12，同时所述第一介质基片11沿人工表面等离激元波导2与基片集成波导I的中心线对称设置有两排金属化过孔13。
[0029]如图1 (b)、图2所示，所述人工表面等离激元波导2包括第二介质基片21，所述第二介质基片21的上下表面均设置有第二金属化层(22，23)，所述第二金属化层(22，23)上设置有一个以上的金属凹槽24，且所述金属凹槽24的深度从两边向中间依次递增排列，且金属凹槽的深度递增直至与第二金属化层(22，23)厚度相同，同时位于第二介质基片21上下两个表面上的第二金属化层(22，23)的金属凹槽24开口方向相反，第二介质基片21的下表面设置的第二金属化层23的金属凹槽24的开口向上，上表面设置的第二金属化层22的金属凹槽24的开口向下。
[0030]同排的金属化过孔13之间的间