一种椭圆弧型凹槽微波滤波器的制作方法

本实用新型涉及一种通讯领域用的滤波器，特别是一种具有椭圆弧型凹槽结构的微波波段人工等离激元滤波器。

背景技术：

大数据时代，随着信息的需求量呈爆炸式的增长，移动通讯领域要求能制造出集成度更高的微波器件，然而随着高频集成电路尺寸的不断缩小，技术上出现了一系列问题，例如当微波器件的尺寸小到一定的程度，器件的电磁干扰噪声，RC延迟等达到极限导致器件工作不稳定，因此现有的微波器件已不能适应当今大规模微波集成电路的发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种椭圆弧型凹槽微波滤波器，该结构可以提高微波段亚波长束缚效应，实现SSPPs滤波效应。

本实用新型的技术方案：一种椭圆弧型凹槽微波滤波器，包括介质板，介质板上设有金属微带，金属微带的两侧设有金属地；所述的金属微带包括共面波导段，共面波导段经过渡段与人工表面等离激元段连接；所述的人工表面等离激元段上分布有结构为椭圆弧型凹槽。

前述的椭圆弧型凹槽微波滤波器，所述椭圆弧型凹槽的槽深d的取值为2～7mm，槽型周期p为2～9mm，槽口宽w1的取值为1～2mm，椭圆弧宽度w2的取值为1.5～4mm。

前述的椭圆弧型凹槽微波滤波器，处于过渡段位置的金属地边缘为，满足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L1)/L2)-1)/(expa-1)方程的曲线；其中a为曲线形状系数，其取值为5～20；h为金属微带宽度，其取值为3～8mm；g为金属微带与金属地间距，其取值为0.2～1.2mm，w为金属地的宽度，其取值为16～35mm，L1为共面波导段的长度，其取值为5～20mm，L2为过渡段的长度，其取值为40～80mm。

前述的椭圆弧型凹槽微波滤波器，所述人工表面等离激元段长度为80～ 130mm。

前述的椭圆弧型凹槽微波滤波器，所述过渡段上设有深度渐变的椭圆弧型凹槽。

本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本发明在共面波导段(以下用其长度符号L1替代)和人工表面等离激元段(以下用其长度符号L3替代)间设置过渡段(以下用其长度符号L2替代)，通过该结构，实现了电磁场在L1和L3中传播的平稳过渡，避免了电磁场由准TEM模式转化为SSPPs模式传播时因模式和阻抗不匹配而出现的强烈的微波电场反射；申请人经过大量实验发现，当处于L2位置的金属地的边缘满足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L1)/L2)-1)/(expa-1)方程，其中曲线形状系数a为5～20、金属微带宽度h为3～8mm、金属微带与金属地间距g为0.2～1.2mm、金属地宽度w为16～35mm、共面波导段长度为L1为5～20mm，过渡段长度L2为40～80mm时，电磁场传播的过渡最平稳。不仅如此，本实用新型在L2上还设有深度渐变的椭圆弧型凹槽；通过该结构，可进一步实现准TEM模式向SSPPs模式的过渡，减少微波电场反射。本发明通过在L3上设置一系列的椭圆弧型凹槽；通过该结构，使得电磁波在传输时被束缚在椭圆弧型凹槽周围，从而大大降低了多条传输线传输时因间距太小而出现的电磁干扰，使得抗电磁干扰能力大大增强，同时也增强了高密度微波集成电路工作时的稳定性，不仅如此，因抗电磁干扰能力大大增强，本发明还能减小微波集成电路的金属微带间的间距以实现高的集成度和器件的小型化，因而能更好地适应当今大规模微波集成电路的发展。本发明还能通过调节椭圆弧型凹槽的几何尺寸来调控微波传输线的截止频率和电磁场分布，同时调整电磁波的束缚效果，申请人在进行大量试验后发现，当d在2～7mm间，w1在1～2mm间，w2在1.5～4mm，p在2～9mm时，椭圆弧型凹槽对电磁场具有很好的束缚效果。

为了更好地证明本发明的有益效果，申请进行了如下实验：申请人设计一个椭圆弧型凹槽的微波带通滤波器样品，样品的参数如表1。

表1：微波滤波器各部分物理尺寸(单位：mm)

该样品的介质板采用介电常数为2.65的基片，对该样品的滤波特性曲线经时域有限差分计算如图3所示，图3中S11为滤波器反射系数，S21为滤波器传输系数，该样品为带通滤波，其-3dB通带为2.96GHz到9.47GHz，滤波器在整个通带内反射小于-13dB。

图4为样品在5GHz频段工作时，椭圆弧型凹槽周围的电场分布图，由图4可见，其电场主要束缚于椭圆弧型凹槽周围，扩散较小。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中的A处的放大示意图；

图3是椭圆弧型凹槽深度为3.5mm时，微波滤波器的S参数特性曲线图；

图4是滤波器样品在5GHz频段工作时，椭圆弧型凹槽法线方向电场分布图。

附图中的标记为：1-介质板，2-金属微带，3-金属地，4-共面波导段，5-过渡段，6-人工表面等离激元段，7-椭圆弧型凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例。一种椭圆弧型凹槽微波滤波器，构成如图1和2所示，包括介质板1，介质板1上设有金属微带2，金属微带2的两侧设有金属地3；所述的金属微带2包括共面波导段4，共面波导段4经过渡段5与人工表面等离激元段6连接；所述的人工表面等离激元段6上分布有结构为椭圆弧型凹槽7。

所述椭圆弧型凹槽7的槽深d的取值为2～7mm，槽型周期p为2～9mm，槽口宽w1的取值为1～2mm，椭圆弧宽度w2的取值为1.5～4mm。

处于过渡段5位置的金属地3边缘为，满足Y＝h+g+w*(exp(a*(X-L1)/L2)-1)/(expa-1)方程的曲线；其中a为曲线形状系数，其取值为5～20；h为金属微带宽度，其取值为3～8mm；g为金属微带2与金属地3间距，其取值为0.2～1.2mm，w为金属地3的宽度，其取值为16～35mm，L1为共面波导段4的长度，其取值为5～20mm，L2为过渡段5的长度，其取值为40～80mm。

所述人工表面等离激元段6长度为80～130mm。

所述过渡段5上设有深度渐变的椭圆弧型凹槽7。

本实用新型的工作原理：准TEM模式的电磁场由左边的共面波导段4传输到过渡段5，在过渡段5中逐渐渐变为SSPPs模式的电磁场，且在过渡段5中准TEM模式和SSPPs模式的电磁场共存，当电磁场到达人工表面等离激元段6时，完全转化为SSPPs模的电磁场，并在L3进行传输，传输后SSPPs模式电磁场又经过右边的过渡段转化为准TEM模式的电磁场由右边的共面波导段输出。当电磁场在共面波导段4传播，该段内电磁场的模式为准TEM模式，该模式电磁场被束缚在共面波导段4与金属地3间的介质板内；在过渡段5传播时，该段内准TEM模式与SSPPs模式共存，其中准TEM模式电磁场被束缚在过渡段5与金属地3间的介质板内，SSPPs模式电磁场被束缚在椭圆弧型凹槽7周围；在L3进行传播时，该段内为SSPPs模式，该模式电磁场被束缚在椭圆弧型凹槽7周围。