CN115588831A - 阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器 - Google Patents

阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器 Download PDF

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CN115588831A CN202211255644.6A CN202211255644A CN115588831A CN 115588831 A CN115588831 A CN 115588831A CN 202211255644 A CN202211255644 A CN 202211255644A CN 115588831 A CN115588831 A CN 115588831A
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吴永乐
潘镭丹
王卫民
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Abstract

本发明提供一种阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，自下而上依次设置金属接地层、介质板层和金属电路顶层。金属电路顶层包括沿轴线依次连接的第一共面波导传输线、第一波转换过渡区域、镂空领结胞元组、第二波转换过渡区域和第二共面波导传输线。金属电路顶层为矩形，其四个顶角分别设有圆弧形金属导体。第一波转换过渡区域和第二波转换过渡区域均由多个梯度切割的实心胞元串联组成。镂空领结胞元组由多个镂空领结胞元组成，每个镂空领结胞元由实心胞元挖除一个领结形通孔得到。镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断并添加电容连接。该滤波器实现了低频截止频率、通带内阻带抑制水平、带宽和频率的动态调节。

Description

阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器
技术领域
本发明涉及微波传输技术领域，尤其涉及一种阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器。
背景技术
近年来，表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)受到了微波、光子学等多个技术领域的关注。
表面等离子体激元是光子和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种电磁波模式，或者说是通过光子和自由电子在两种具有符号相反的材料界面上被耦合激发，示例性的，两种具有符号相反的材料可以为金属与绝缘介质。表面等离子体激元既有光子学的速度，又具有电子学的尺度，因此受到广泛关注与研究。
在光波频段，表面等离子体激元可以沿着金属-介质的接触面传播，电场被紧紧束缚在接触面附近，传播常数随着频率的增加呈指数增长。然而在较低的太赫兹(Terahertz,THz)和微波频段，由于金属表现出理想导体特性，无法满足两种材料介电常数符号相反的必要条件，使得表面等离子体激元的应用受限。为此，一种具有周期性结构的人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs)传输结构应运而生，其打破了表面等离子体激元应用频段的限制，支持在太赫兹以及微波频段的激发与传输，且依旧具有低串扰、极高的场束缚性以及高频谐波信号干扰抑制的优点。
截止到目前为止，尽管基于人工表面等离子体激元传输结构的多种微波器件被设计提出，但大部分电路不具有动态调节性能，无法面对复杂的电路***进行调节应用，这也是人工表面等离子体激元微波器件无法在可重构集成微波***以及电控天线馈电网络中广泛应用的主要障碍。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供了一种阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有技术无法动态调节低频截止频率、通带内阻带的带宽以及频率的问题。
本发明提供一种阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，包括：
金属接地层；
介质板层，设置在所述金属接地层上方；
金属电路顶层，设置在所述介质板层上方，所述金属电路顶层包括沿轴线依次连接的第一共面波导传输线、第一波转换过渡区域、镂空领结胞元组、第二波转换过渡区域和第二共面波导传输线；所述金属电路顶层为矩形，所述金属电路顶层的四个顶角分别设有圆弧形金属导体，所述圆弧形金属导体通过金属过孔连接所述金属接地层；所述第一波转换过渡区域和所述第二波转换过渡区域均由多个梯度切割的实心胞元串联组成；所述镂空领结胞元组是由多个镂空领结胞元组成，每个镂空领结胞元由所述实心胞元挖除一个领结形通孔得到；所述镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断并添加电容连接。
在本发明的一些实施例中，所述镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断，并在一端添加可变电容，另一端添加固定电容。
在本发明的一些实施例中，所述镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断，并在两端分别添加可变电容；单个所述镂空领结胞元中，两端可变电容的电容值相等。
在本发明的一些实施例中，所述第一波转换过渡区域中各实心胞元的高度沿所述第一共面波导传输线向所述镂空领结胞元组的方向逐渐增大；
所述第二波转换过渡区域中各实心胞元的高度沿所述镂空领结胞元组向所述第二共面波导传输线的方向逐渐减小。
在本发明的一些实施例中，所述镂空领结胞元组由7个镂空领结胞元串联组成，其中，中间3个镂空领结胞元的上下两端截断并添加电容连接；所述第一波转换过渡区域和所述第二波转换过渡区域均包含5个串联的实心胞元。
在本发明的一些实施例中，还包括：设置直流偏置电路为添加有可变电容的镂空领结胞元提供电源，所述直流偏置电路中设有多个隔交流电感。
在本发明的一些实施例中，所述第一共面波导传输线与所述第一波转换过渡区域之间设有第一隔直流电容；所述第二波转换过渡区域和所述第二共面波导传输线之间设有第二隔直流电容。
在本发明的一些实施例中，所述圆弧形金属导体为四分之一椭圆形。
在本发明的一些实施例中，所述介质板层的介电常数为3.66，损耗常数为0.0037。
在本发明的一些实施例中，所述实心胞元在电路内周期性重复的单位长度为6毫米。
本发明的有益效果至少是：
本发明提供一种阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，在金属电路顶层沿轴线依次设置第一共面波导传输线、第一波转换过渡区域、镂空领结胞元组、第二波转换过渡区域和第二共面波导传输线，在金属电路顶层的四个顶角分别设置圆弧形金属导体。本发明提供的滤波器结构简单，易于实现。
进一步的，镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断并添加电容连接。在镂空领结胞元一端添加可变电容，另一端添加固定电容的情况下，本发明的滤波器在具备低串扰、高场束缚性以及深高频谐波抑制的优点的同时，能够实现低频截止频率、通带内阻带抑制水平、带宽和频率的动态调节。在镂空领结胞元的上下两端分别添加可变电容的情况下，本发明的滤波器在具备低串扰、高场束缚性以及深高频谐波抑制的优点的同时，能够实现低频截止频率、通带带宽和频率的动态调节。本发明为人工表面等离子体激元微波器件能在可重构集成微波***以及电控天线馈电网络中广泛应用奠定基础。
本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明一实施例中阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器的理想仿真结构图。
图2为本发明一实施例中实心胞元和镂空领结胞元的立体结构图以及实心胞元和镂空领结胞元的近场辐射图。
图3为本发明一实施例中实心胞元和镂空领结胞元随各预设参数变化的色散曲线图。
图4为本发明一实施例中添加电容后的镂空领结胞元立体结构图。
图5为本发明一实施例中添加电容后的镂空领结胞元在基础模态和二阶模态随电容值变化的色散曲线图。
图6为本发明一实施例中阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器理想仿真S参数对比图以及近场辐射分布图。
图7为本发明一实施例中阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器的实际结构图。
图8为本发明一实施例中阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器实测S参数对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
为了解决现有技术无法动态调节低频截止频率、通带内阻带的带宽以及频率的问题，本发明提供一种阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，如图1所示为本发明滤波器的理想仿真结构图，该滤波器包括：
金属接地层。
介质板层，设置在金属接地层上方。
金属电路顶层，设置在介质板层上方。金属电路顶层包括沿轴线依次连接的第一共面波导传输线、第一波转换过渡区域、镂空领结胞元组、第二波转换过渡区域和第二共面波导传输线。金属电路顶层为矩形，金属电路顶层的四个顶角分别设有圆弧形金属导体，其中，圆弧形金属导体通过金属过孔连接金属接地层。第一波转换过渡区域和第二波转换过渡区域均由多个梯度切割的实心胞元串联组成。镂空领结胞元组是由多个镂空领结胞元组成，每个镂空领结胞元由实心胞元挖除一个领结形通孔得到。镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断并添加电容连接。
在一些实施例中，介质板层采用厚度为0.508毫米的Rogers RO4350B介质板，其中，该介质板的介电常数εr为3.66，损耗常数tanδ为0.0037。
在介质板下表面设置大面积金属铺地，形成金属接地层。
在一些实施例中，金属接地层和金属电路顶层的厚度均为0.035毫米。
在金属电路顶层中，第一共面波导传输线和第二共面波导传输线作为滤波器信号馈线，分别用于实现微波信号在滤波器中的输入与输出。在一些实施例中，第一共面波导传输线和第二共面波导传输线的宽度w均为1.08毫米。
金属电路顶层的四个顶角分别设有圆弧形金属导体，在一些实施例中，各圆弧形金属导体为四分之一椭圆形。在各圆弧形金属导体上设有多个金属过孔，通过金属过孔连接金属接地层以接地，减小了信号的传输插损，以提升信号传输效率。各圆弧形金属导体与第一共面波导传输线和第二共面波导传输线形成共面波导。
在一些实施例中，圆弧形金属导体与第一共面波导传输线、第二共面波导传输线的距离s均为0.81毫米。
电磁波在第一共面波导传输线和第二共面波导传输线上以准TEM波(TransverseElectromagnetic Wave)的形式传输，而在人工表面等离子体激元传输结构上被极化激发的是横磁波(TM波)，因此在第一共面波导传输线和第二共面波导传输线与镂空领结胞元组之间设置第一波转换过渡区域和第二波转换过渡区域以实现波型过渡，提高信号的传输效率。经过仿真实验证明，结合四个圆弧形金属导体与第一波转换过渡区域、第二波转换过渡区域内梯度切割并串联连接的实心胞元可以有效完成电磁波从准TEM波到TM波的波型转换。
在一些实施例中，如图1所示，圆弧形金属导体一边lr长为37.5毫米，另一边wr长为13.65毫米，在靠近lr边的一侧设置11个金属过孔。
在一些实施例中，第一波转换过渡区域中各实心胞元按照预设角度进行梯度切割，各实心胞元的高度沿第一共面波导传输线向镂空领结胞元组的方向逐渐增大；第二波转换过渡区域中各实心胞元也按照预设角度进行梯度切割，各实心胞元的高度沿镂空领结胞元组向第二共面波导传输线的方向逐渐减小。
在一些实施例中，如图1所示，第一波转换过渡区域和第二波转换过渡区域中各实心胞元切割的预设角度根据wcut＝3.1mm,lcut＝30mm计算得到。
在一些实施例中，如图1所示，镂空领结胞元组由7个镂空领结胞元串联组成，其中，中间3个镂空领结胞元的上下两端截断并添加电容连接。第一波转换过渡区域和第二波转换过渡区域均包含5个串联的实心胞元。
如图2(a)所示，左图为实心胞元的结构图，右图为镂空领结胞元的结构图。
胞元是通过蚀刻或激光雕刻等方法在介质基板上制作出的具有一定形状的周期性结构。如图2(a)所示，在本发明中各实心胞元在电路内周期性重复的单位长度用d表示。镂空领结胞元由实心胞元在其中部挖除一个领结形通孔得到，因此镂空领结胞元与实心胞元具有相同外轮廓尺寸，具体形状如图2(a)右图所示，镂空领结胞元的镂空尺寸用h2、b2和c2表示。实心胞元和镂空领结胞元的近场辐射图如图2(b)所示。
如图3所示为实心胞元和镂空领结胞元在改变周期性长度和镂空尺寸下的色散曲线图。在由周期性实心胞元排列实现的人工表面等离子体激元传输器件中，单个实心胞元的色散曲线落在慢波区域中，其中，慢波区域与快波区域由光的色散曲线分割。由图可知，传播常数随着频率的增加呈指数增长，因此单个实心胞元本身具有高频截止频率。
如图2(b)实心胞元和镂空领结胞元的近场辐射图所示，实心胞元的中心处能量耦合较弱，因此在挖空实心胞元中心处金属后，如图3所示，得到的镂空领结胞元仍处于慢波区域，仍存在高频截止频率，同时高频截止频率几乎没有改变。具有的高频截止频率使得由实心胞元和/或镂空领结胞元周期性排列形成的传输器件具有高频谐波信号干扰抑制的性能，且其抑制性能随着组成胞元的数量增加而增强，其通带内的传输效率随着组成胞元数量的增加而减小。
对实心胞元的周期性长度d、镂空领结胞元的镂空尺寸h2,b2,c2进行变化，如图3所示，随着实心胞元及其对应镂空领结胞元周期性长度d的增加，其高频截止频率降低。在周期性长度d相等的情况下，改变镂空领结胞元的镂空尺寸h2、b2和c2，镂空领结胞元的高频截止频率几乎不变，即镂空尺寸的变化不会影响镂空胞元的性能。因此，具有相同外轮廓尺寸的实心胞元以及镂空领结胞元的高频截止频率相等。
在一些实施例中，图2(a)中，实心胞元及其对应的镂空领结胞元在电路内周期性重复的单位长度d＝6mm，其他外轮廓尺寸为：w＝1.08mm,b1＝1.8mm,c1＝4.2mm,h1＝3.6mm,对应的镂空领结胞元的镂空尺寸为：b2＝0.53mm,c2＝2mm,h2＝2.2mm。
为了实现滤波器低频截止频率和阻带宽度、频率的可调谐，本发明将镂空领结胞元的上下两端通路截断，并在截断处添加可变电容和/或固定电容重新连接。
当镂空领结胞元添加电容导通后，其色散曲线***成两种传播模态：基础模态和二阶模态，同时添加电容后的镂空领结胞元在模1和模2下的色散曲线不同。将基础模态记作模1，将二阶模态记作模2。
在一些实施例中，如图4(a)所示，在镂空领结胞元的一端添加可变电容C1，另一端添加固定电容C2。示例性的，选取C2＝0.9pF，实施时，C1的电容容值可以改变，在0.3～1.8pF范围内调节，且与C2的电容容值不同。
镂空领结胞元在一端添加可变电容C1，另一端添加固定电容C2的情况下，两种传播模态下的色散曲线图如图5(a)所示，并可得到以下结论：
1.添加电容后的镂空领结胞元在两种传播模态下，其色散曲线低频部分均与光色散曲线重合，随着频率增大，到达其各自转折点后偏离光的色散曲线，落入慢波区域，逐渐靠近其在两种传播模态下的高频截止频率。但随着可变电容C1容值的增大，添加电容后的镂空领结胞元在模1下的高频截止频率变小，在模2下的高频截止频率保持在5.81GHz不变。
2.添加电容后的镂空领结胞元的色散曲线与光的色散曲线重合时，表明此时电磁波全部辐射到了外部光线中，镂空领结胞元不支持信号在其表面的传输，因此在两种传播模态下，添加电容后的镂空领结胞元均存在低频截止频率，各转折点处的频率即对应各自的低频截止频率。
3.当C2＝0.9pF且C1的容值在0.3～1.8pF范围内调节时，无论C1如何调节，其模2中的低频截止频率总是大于模1中的高频截止频率，形成了本发明镂空领结胞元通带内的阻带。随着可变电容C1的减小，形成的阻带所处频率增大；当C1的容值越接近C2＝0.9pF，阻带的带宽越窄；特殊的，当C1＝C2＝0.9pF，不存在阻带。由此实现了阻带的可调谐。
4.随着可变电容C1的增大，在模1下的各转折点会轻微下移，即添加电容后的镂空领结胞元的低频截止频率细微减小，实现了低频截止频率的可调谐。
如图1所示的滤波器的理想仿真结构图中，在可调谐镂空领结胞元采用一端添加可变电容C1，另一端添加固定电容C2的方式的情况下，对该滤波器进行仿真，如图6(a)所示为该滤波器的S参数理想仿真结果，其中，S参数包括回波损耗|S11|和***损耗|S21|。回波损耗又称为反射损耗，是链路由于阻抗不匹配所产生的的反射。回波损耗是表示信号反射性能的参数，说明入射功率的一部分被反射回信号源，通常在输入和输出处进行规定。***损耗是指在传输***的某处由于元件或器件的***而发生的负载功率的损耗，它表示为该元件或器件***前负载上所接收到的功率与***后同一负载上所接收到的功率以分贝为单位的比值。
具体的，根据图6(a)可知，当滤波器中可调谐镂空领结胞元在一端添加可变电容C1，C1在0.3～1.8pF范围内调节，另一端添加固定电容C2＝0.9pF的情况下，滤波器的通带内会产生传输阻带，阻带所处频率随着C1的减小而增大，且当可变电容C1的电容值越靠近固定电容C2的电容值，阻带带宽越小、抑制水平越低。示例性，在C1＝0.7pF时，阻带最窄，仅有0.08GHz，***损耗|S21|抑制水平约为20dB；在C1＝0.3pF时，阻带最宽，达到了0.47GHz，***损耗|S21|抑制水平超过了40dB。同时，随着可变电容C1的增大，滤波器的低频截止频率从2.56GHz逐渐降低到了1.62GHz，滤波器的高频截止频率则一直保持在5.76GHz左右，不随C1的调节而变化。
如图6(c)所示，对应于图6(a)可变电容C1在0.3～1.8pF范围内调节，固定电容C2＝0.9pF，且C1≠C2的情况下，随着可变电容C1在0.3～1.8pF范围内调节，得到该滤波器在1.0GHz、2.95GHz、3.1GHz、3.5GHz、3.8GHz、4.3GHz以及8.0GHz7个频点处的电路近场辐射分布图。无论电容C1数值为何，电路信号均在小于低频截止频率的1.0GHz与大于高频截止频率的8.0GHz两频点处中断。在1.0GHz处，由于滤波器中添加电容后的镂空领结胞元不支持低频信号的传输，即此频点小于添加电容后的镂空领结胞元的低频截止频率，因此在1.0GHz频点处，信号的传输于添加电容后的镂空领结胞元处中断；而8.0GHz频点已超过了实心胞元、镂空领结胞元以及添加电容后的镂空领结胞元三种胞元的高频截止频率，因此信号的传输于实心胞元在第一波转换过渡区域就已经中断。随着可变电容C1在0.3～1.8pF范围内调节，滤波器在相应阻带频点内出现信号中断：当C1＝1.8pF时，于2.95GHz中断；当C1＝1.4pF时，于3.1GHz中断；当C1＝0.7pF时，于3.5GHz中断；当C1＝0.5pF时，于3.8GHz中断；当C1＝0.3pF时，于4.3GHz中断。同时，观察图6(c)可知，电磁波均被紧紧束缚在各金属胞元表面，几乎不存在能量外泄，说明本发明滤波器具备高场束缚性；同时，这一特点也让本发明滤波器几乎不会对距离较近的其余电路造成信号干扰，具备电路的低串扰性能。
在一些实施例中，在图1理想仿真结构图的基础上设置直流偏置电路以激发可变电容正常工作，以验证本发明滤波器的可行性，如图7所示为滤波器实施时的完整结构图。
在第一共面波导传输线与第一波转换过渡区域之间设有第一隔直流电容；在第二波转换过渡区域和第二共面波导传输线之间设有第二隔直流电容。其中，隔直流电容用于防止加载在可变电容两端的直流信号进入微波信号输入、输出设备，造成仪器故障。
在直流偏置电路中设有多个隔交流电感。其中，隔交流电感用于防止微波信号流入偏置电路中，影响直流电压源供电。
示例性的，如图7所示，可变电容C1的型号为SMV2019-097LF；固定电容C2＝0.9pF；隔直流电容Cbias＝120//680pF，其中符号“//”表示电容并联；第一隔交流电感Lbias1＝390nH；第二隔交流电感Lbias2＝180nH。按照如上数值，对电路进行实际测试，如图8所示为本发明滤波器在0.5～16GHz频率范围内的实测S参数对比图。
具体的，随着直流电压Vcc的增大、可变电容C1容值的减小，阻带所处频段增大，低频截止频率也随之增大。当可变电容C1的容值越接近C2＝0.9pF，对应的阻带带宽越窄，即抑制水平越低。示例性的，当C1＝0.81pF时，滤波器通带内几乎无阻带。由此证实了本发明滤波器实际应用的可行性。
同时，无论可变电容C1的容值如何变化，滤波器在超过高频截止频率较宽的频率范围内均具有较好的|S21|谐波抑制水平。示例性的，在6～16GHz的频率范围内，|S21|均小于-30dB，因此，本发明滤波器具备深高频谐波抑制性能。
在一些实施例中，如图4(b)所示，在镂空领结胞元的上下两端分别添加可变电容C1'和C2'。实施时，C1'和C2'的电容容值都可以改变，且二者的电容容值相等C1'＝C2'。
镂空领结胞元在上下两端分别设有可变电容C1'和C2'的情况下，两种传播模态下的色散曲线图如图5(b)所示，并可得到以下结论：
1.添加电容后的镂空领结胞元在两种传播模态下，其色散曲线低频部分均与光色散曲线重合，随着频率增大，到达其各自转折点后偏离光的色散曲线，落入慢波区域，逐渐靠近其在两种传播模态下的高频截止频率。但随着可变电容C1'和C2'容值的增大，设有电容后的镂空领结胞元在模1下的高频截止频率变小，在模2下的高频截止频率保持在5.81GHz不变。
2.添加电容后的镂空领结胞元的色散曲线与光的色散曲线重合时，表明此时电磁波全部辐射到了外部光线中，镂空领结胞元不支持信号在其表面的传输，因此在两种传播模态下，添加电容后的镂空领结胞元均存在低频截止频率，各转折点处的频率即对应各自的低频截止频率。
3.当C1'＝C2'且C1'和C2'的容值在0.6～1.2pF范围内调节时，无论两个可变电容如何调节，添加电容后的镂空领结胞元在模2下的低频截止频率与模1中的高频截止频率相同，即两种传播模态中存在交点，不会形成阻带，是带通结构。
4.随着C1'和C2'容值的增大，在模1下的各转折点会轻微下移，即添加电容后的镂空领结胞元的低频截止频率细微减小，实现低频截止频率的可调谐，带通范围的可调谐。
如图1所示的滤波器的理想仿真结构图中，在可调谐镂空领结胞元采用上下两端分别添加可变电容C1'和C2'且C1'＝C2'的方式的情况下，对该理想滤波器进行仿真，如图6(b)所示为该滤波器的S参数理想仿真结果。
具体的，根据图6(b)可知，当滤波器中可调谐镂空领结胞元上下两端添加的可变电容容值相同时，胞元色散曲线的通带内不存在传输阻带。随着两可变电容的增大，通带的低频截止频率由2.75GHz逐渐减小至1.83GHz；通带的高频截止频率则一直保持在5.76GHz左右，不随两可变电容的调节而变化。
综上所述，本发明提供一种阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，在金属电路顶层沿轴线依次设置第一共面波导传输线、第一波转换过渡区域、镂空领结胞元组、第二波转换过渡区域和第二共面波导传输线，在金属电路顶层的四个顶角分别设置圆弧形金属导体。本发明提供的滤波器结构简单，易于实现。
进一步的，镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断并添加电容连接。在镂空领结胞元一端添加可变电容，另一端添加固定电容的情况下，本发明的滤波器在具备低串扰、高场束缚性以及深高频谐波抑制的优点的同时，能够实现低频截止频率、通带内阻带抑制水平、带宽和频率的动态调节。在镂空领结胞元的上下两端分别添加可变电容的情况下，本发明的滤波器在具备低串扰、高场束缚性以及深高频谐波抑制的优点的同时，能够实现低频截止频率、通带带宽和频率的动态调节。本发明为人工表面等离子体激元微波器件能在可重构集成微波***以及电控天线馈电网络中广泛应用奠定基础。
本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、***和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，包括：
金属接地层；
介质板层，设置在所述金属接地层上方；
金属电路顶层，设置在所述介质板层上方，所述金属电路顶层包括沿轴线依次连接的第一共面波导传输线、第一波转换过渡区域、镂空领结胞元组、第二波转换过渡区域和第二共面波导传输线；所述金属电路顶层为矩形，所述金属电路顶层的四个顶角分别设有圆弧形金属导体，所述圆弧形金属导体通过金属过孔连接所述金属接地层；所述第一波转换过渡区域和所述第二波转换过渡区域均由多个梯度切割的实心胞元串联组成；所述镂空领结胞元组是由多个镂空领结胞元组成，每个镂空领结胞元由所述实心胞元挖除一个领结形通孔得到；所述镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断并添加电容连接。
2.根据权利要求1所述的阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，所述镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断，并在一端添加可变电容，另一端添加固定电容。
3.根据权利要求1所述的阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，所述镂空领结胞元组中间的设定数量个镂空领结胞元的上下两端截断，并在两端分别添加可变电容；单个所述镂空领结胞元中，两端可变电容的电容值相等。
4.根据权利要求1所述的阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，所述第一波转换过渡区域中各实心胞元的高度沿所述第一共面波导传输线向所述镂空领结胞元组的方向逐渐增大；
所述第二波转换过渡区域中各实心胞元的高度沿所述镂空领结胞元组向所述第二共面波导传输线的方向逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，所述镂空领结胞元组由7个镂空领结胞元串联组成，其中，中间3个镂空领结胞元的上下两端截断并添加电容连接；所述第一波转换过渡区域和所述第二波转换过渡区域均包含5个串联的实心胞元。
6.根据权利要求2或3所述的阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，还包括：设置直流偏置电路为添加有可变电容的镂空领结胞元提供电源，所述直流偏置电路中设有多个隔交流电感。
7.根据权利要求1所述的阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，所述第一共面波导传输线与所述第一波转换过渡区域之间设有第一隔直流电容；所述第二波转换过渡区域和所述第二共面波导传输线之间设有第二隔直流电容。
8.根据权利要求1所述的阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，所述圆弧形金属导体为四分之一椭圆形。
9.根据权利要求1所述的阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，所述介质板层的介电常数为3.66，损耗常数为0.0037。
10.根据权利要求1所述的阻带可调谐的镂空领结胞元等离子体激元带通滤波器，其特征在于，所述实心胞元在电路内周期性重复的单位长度为6毫米。
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