【摘 要】
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表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是光波段内存在于导体和介质分界面上的一种特殊电磁波模式。该模式具有较短工作波长、更强近场束缚及高频传输截止等特性,在光学频段得到了广泛关注。通过周期传输结构可在微波段内激励起具有与表面等离激元类似色散特性的新型表面波模式,称为人工表面等离激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs)
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表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是光波段内存在于导体和介质分界面上的一种特殊电磁波模式。该模式具有较短工作波长、更强近场束缚及高频传输截止等特性,在光学频段得到了广泛关注。通过周期传输结构可在微波段内激励起具有与表面等离激元类似色散特性的新型表面波模式,称为人工表面等离激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs)。人工表面等离激元色散特性与其周期结构尺寸直接相关,可应用于多种可调功能器件的设计。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)是一种传输特性类似于矩形波导的平面传输结构。相比于矩形波导,它具有紧凑的结构尺寸及更低的加工成本,有利于实现各类有源或无源器件的集成。本文结合人工表面等离激元与基片集成波导两种新型结构,结合二者独特的工作特性,构建具有带通特性的新型小型化滤波功分器。主要研究内容如下:(1)设计了一款基于SIW-SSPP混合模式的带通滤波功分器,通过调整SSPP和SIW单元结构尺寸,可以在大范围内实现滤波特性工作带宽的独立调控。在SSPP周期开槽单元内加载交指结构,可大幅度降低SSPP截止频率,进而构建高效窄带滤波功分。在器件金属背板刻蚀缺陷地结构单元(Defected Ground Structure,DGS),可大幅改善带外抑制性能。所设计的新型带通滤波功分器在7.8-13.1GHz频段范围内实现了高效功分特性。带内传输系数约为-3.5d B,两出射端口隔离度在-10d B以下。样品实测结果与仿真结果相吻合。(2)设计了一款基于HMSIW-SSPP混合模式的不等分带通滤波功分器。结合半模基片集成波导(Half-mode Substrate Integrated Waveguide,HMSIW)与人工表面等离激元构建结构尺寸更加紧凑的带通滤波特性。并联半模基片集成波导支路,利用人工表面等离激元与基片集成波导对信号耦合强度的差异,构建不等分功分特性。调整两出射支路匹配效率,设计端口出射功率比为1:3。所设计的不等分带通滤波功分器的工作频段为6.5-9.5GHz。通带内两出射端口传输系数分别为-2.2d B与-7d B。样品实测结果与仿真结果相吻合。(3)在所设计的等分与不等分滤波功分器的基础上,研究多路带通滤波功分器设计方法。利用半模结构的对称性,用相同的激励模式构成四路不等功分器。在7-10.5GHz工作频段内,二、三端口传输系数约为-5d B,四、五端口传输系数约为-9d B。实现了1:3:3:1四端口非均匀滤波功分。此外,在两路等功分滤波功分器设计介质层中间加载金属隔板,利用金属隔板横向分割输入端口所馈入的能量并均匀耦合至上下层通道。在下层通道的金属接地板处构建相似结构的出射端口,构建双层四路等分带通滤波功分器。在功分设计在7.3-10.3GHz频段内传输系数为-6.5d B±0.5d B,带内功率分配稳定。
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