基于新型蝶形单元结构人工表面等离子体激元低通陷波滤波器的设计.docx

本文介绍了一种基于新型蝶形单元结构的人工表面等离子体激元（Spoof Surface Plasmon Polaritons, SSPPs）低通陷波滤波器的设计。人工表面等离子体激元是电磁波在金属与介质交界面上形成的特殊波动现象，由于其局域场增强和衍射极限突破的特性，被广泛应用于微波器件小型化的设计中。 在传统金属结构中，SPPs 的传播受到限制，但通过亚波长的金属孔洞或凹槽，可以观察到在特定频段的透射增强，这启发了SSPPs的概念。崔铁军教授团队的发现，金属厚度对色散特性影响较小，使得SSPPs微波器件的三维尺寸得以大幅减小。他们设计的过渡结构，由扩口地面和梯形槽组成，能有效降低传输损耗，为SSPPs微波器件的过渡结构设计提供了新思路。 针对滤波器设计，文献中提到了几种不同的SSPPs滤波器结构。例如，互补对称矩形槽结构虽然简单且成本低，但插入损耗和带外抑制性能一般，且尺寸较大。互补对称T形槽结构虽有所改进，但整体尺寸仍偏大。渐变槽形单元结构的多频带滤波器在降低截止频率方面表现出色，但因谐振环部分较大，整体尺寸并未充分减小。而柔性单层共面波导带通滤波器采用蝶形单元结构，实现了尺寸的减小，并具备良好的环境适应性。曲折线技术的小型SSPPs带通滤波器，通过改变单元结构形状并采用双层结构，显著降低了尺寸，但可能影响带内插入损耗。 本文提出的新型蝶形单元结构滤波器，不仅在插入损耗和带外抑制方面表现优越，还具备陷波功能，能有效抑制特定干扰频段。滤波器由微带传输线、过渡结构和由7个蝶形单元组成的SSPPs部分构成。通过调整蝶形单元的长度，可以控制低通滤波器的截止频率。经过优化仿真，滤波器的截止频率设定为12.5 GHz，带内插入损耗低于0.9 dB，反射系数S11低于-13 dB，带外抑制达到-52 dB。为了实现陷波功能，设计中在每个蝶形单元的中间引入了4组叉指电容环路谐振器，这些谐振器有助于精确地抑制特定频率范围内的信号。 新型蝶形单元结构的人工表面等离子体激元低通陷波滤波器设计，结合了SSPPs的优势，实现了小型化、高性能和陷波功能，为微波滤波器领域带来了创新。这一设计对于未来微波器件的小型化、多功能化发展具有重要的理论和实践意义。