一種太赫茲濾波器制造技術

一種太赫茲濾波器，包括濾波器單元，所述的濾波器單元是由從上至下依次的第一金屬層、第一介質層、第二金屬層、第二介質層和第三金屬層疊置在一起構成的復合結構，第一金屬層和第三金屬層為結構相同的環形，環形的四周中間開有4個缺口，與第一金屬層和第三金屬層上的缺口對應的第二金屬層上鏤空有孔縫，第一介質層和第二介質層為結構相同的平板狀，若干（N

【技術實現步驟摘要】
一種太赫茲濾波器


[0001]本專利技術屬于太赫茲波
，特別是基于頻率選擇表面的一種太赫茲濾波器。

技術介紹

[0002]太赫茲波（Terahertz，THz）位于毫米波與光波之間，處于電子學向光子學的過渡區域，頻率范圍為0.1 THz-10THz。太赫茲波具有相干性、低能性、穿透性、瞬時性等優點，所以太赫茲技術越來越受到世界各國的重視。太赫茲系統也在醫療、檢測、通信、安全等方面起到舉足輕重的作用。濾波器是太赫茲系統中的關鍵部件，所以太赫茲頻段濾波器的研究和設計顯得尤為重要。
[0003]頻率選擇表面（Frequency Selective Surface），簡稱為FSS，是一種二維周期陣列結構。它由在金屬板上周期性排列的孔隙單元或者周期性排列的金屬貼片單元組成的準平面結構，可以由單層結構或者多層結構組成。此類結構對電磁波有一定的頻率選擇性，所以從原理上來說，頻率選擇表面就是一種空間濾波器。頻率選擇表面在微波波段已經被廣泛地應用，可以作為空間濾波器，極化器，傳感器，也可以作為天線罩，主/副反射器等。隨著微型化加工技術的發展和相關研究的不斷深入，頻率選擇表面將被廣泛地應用于太赫茲及紅外波段，因此，關于太赫茲頻段的頻率選擇表面的研究迅速發展。太赫茲頻段的頻率選擇表面可以應用于化學和生物傳感器，遙感，成像以及安全等方面。太赫茲頻段的超材料頻率選擇表面結構，小型化結構，以及可調的頻率選擇表面結構都已經被報道。太赫茲頻段頻率選擇表面的基本特征，包括品質因數，歐姆損耗，以及材料特性也做了相應的研究。但是這些THz 頻率選擇表面沒有高選擇性的特性，因此限制了THz頻段的FSS的應用，為了提高FSS的選擇性也提出了很多方法。其中一種方法是，將多層FSS疊在一起提高頻率選擇性，但是這種方法卻會導致過孔形成空腔的多層結構，在太赫茲頻段多層結構的厚度不是關鍵問題，但是多層結構的微孔陣列很難形成。另外一種提高頻率選擇性的方法是，在FSS設計中引入傳輸零點，將高性能的頻率選擇表面放入波導模擬器中垂直入射，通過基因算法可以設計和優化出多個傳輸零點，但是，這些頻率選擇表面太復雜，而且難以從物理的角度直接分析，而且需要很高的制備精度。超材料也被用于多傳輸零點的頻率選擇表面設計，但是阻帶幾乎沒有壓制到-10dB以下，而且在整個通帶內和通帶外都很難成功的匹配有效介電常數和磁導率。構建交叉耦合路徑是在有限頻率下獲取傳輸零點的一種有效方法，利用這種方法通過基片集成波導腔和三維結構在微波頻段可以實現頻率選擇結構的高選擇性，但是在THz頻率下設計這種結構太具有挑戰性，在太赫茲頻段工藝難以實現。

技術實現思路

[0004]針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本專利技術之目的就是提供一種太赫茲濾波器，可有效解決太赫茲頻率選擇表面濾波器沒有高選擇性的特性以及工藝難以實現的問題。
[0005]為實現上述目的，本專利技術解決的技術方案是，一種太赫茲濾波器，包括濾波器單
元，所述的濾波器單元是由從上至下依次的第一金屬層、第一介質層、第二金屬層、第二介質層和第三金屬層疊置在一起構成的復合結構，第一金屬層和第三金屬層為結構相同的環形，環形的四周中間開有4個缺口，與第一金屬層和第三金屬層上的缺口對應的第二金屬層上鏤空有孔縫，第一介質層和第二介質層為結構相同的平板狀，若干（N
×
N）個濾波器單元呈周期性均布排列構成陣列的太赫茲濾波器，N為大于1的自然數。
[0006]本專利技術結構簡單，設計靈活，制作方便，具有高選擇特性和雙極化特性，是太赫茲波系統上的創新，有顯著的社會和經濟效益。
附圖說明
[0007]圖1是本專利技術濾波器單元結構爆炸圖。
[0008]圖2是本專利技術濾波器單元結構側視圖。
[0009]圖3是本專利技術濾波器單元結構俯視圖。
[0010]圖4是本專利技術濾波器周期性結構示意圖。
[0011]圖5是本專利技術濾波器的電磁場耦合示意圖。
[0012]圖6是本專利技術插入損耗和回波損耗的頻率響應圖。
具體實施方式
[0013]以下結合附圖和具體情況對本專利技術的具體實施時方式作詳細說明。
[0014]結合附圖給出，一種太赫茲濾波器，包括濾波器單元，所述的濾波器單元是由從上至下依次的第一金屬層1、第一介質層2、第二金屬層3、第二介質層4和第三金屬層5疊置在一起構成的復合結構，第一金屬層1和第三金屬層5為結構相同的環形，環形的四周中間開有4個缺口101，與第一金屬層1和第三金屬層5上的缺口101對應的第二金屬層3上鏤空有孔縫301，第一介質層2和第二介質層4為結構相同的平板狀，N
×
N個濾波器單元呈周期性均布排列構成陣列的太赫茲濾波器，N為大于1的自然數，，如N為2、3
···
n（圖中僅示出3
×
3個）。
[0015]為保證更好的實施效果，所述的第一金屬層1和第三金屬層5為銅、鋁、銀或金制成的相同的方形環或圓形環（圖中僅示出方形環），第二金屬層3為銅、鋁、銀或金制成的方形或圓形（圖中僅示出方形），第一介質層2和第二介質層4為介電常數為1.0-4.0的PTFE或RO4350B制成的相同方形平板或圓形平板（圖中僅示出方形板），上、下對稱置于第二金屬層3兩邊。
[0016]所述的第一金屬層1為方形環時，外周的長L和寬W相等，均為120-200μm，缺口101的長度slot-l為10-20μm。
[0017]所述的第二金屬層3為方形，第一介質層2和第二介質層4為方形板時，第二金屬層3、第一介質層2和第二介質層4的長和寬相等，均為190-260μm。
[0018]所述的第一金屬層1為方形環，第二金屬層3為方形時，第一金屬層1的長和寬小于第二金屬層3的長和寬；第一金屬層1為圓形環、第二金屬層3為圓形時，第一金屬層1的外徑小于第二金屬層3的外徑。
[0019]所述的孔縫301為矩形孔或圓形孔（圖中僅示出矩形孔）。
[0020]所述的孔縫301為矩形孔時，長l-ap和寬w-ap分別為30-50μm和20-30μm。
[0021]所述的第一金屬層1、第二金屬層3和第三金屬層5的厚度hm為0.5-2μm，第一介質層2和第二介質層4的厚度hsub為5-15μm，第一金屬層1和第三金屬層5的環形寬度w_p為5-14μm。
[0022]本專利技術在具體實施時，見圖3，通過第二金屬層3上的孔縫301，第一金屬層1和第三金屬層5存在異相的電場耦合和磁場耦合，根據耦合濾波器理論，此耦合頻率選擇表面結構具有窄通帶響應，并且在通帶內具有兩個傳輸零點。一個傳輸零點由單個諧振器產生，另外一個傳輸零點是由第一層和第三層的諧振器以及第二金屬層3上的孔縫301共同作用產生。
[0023]圖4為通過時域有限積分算法，第二金屬層3、第一介質層2和第二介質層4為均為方形，長和寬為220μm，第一金屬層1為方形環，外周的長L和寬W為120μm，第一金屬層1和第三金屬層5的環形寬度w_p為14μm，孔縫301為矩形孔，長l-ap為本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種太赫茲濾波器，包括濾波器單元，其特征在于，所述的濾波器單元是由從上至下依次的第一金屬層（1）、第一介質層（2）、第二金屬層（3）、第二介質層（4）和第三金屬層（5）疊置在一起構成的復合結構，第一金屬層（1）和第三金屬層（5）為結構相同的環形，環形的四周中間開有4個缺口（101），與第一金屬層（1）和第三金屬層（5）上的缺口（101）對應的第二金屬層（3）上鏤空有孔縫（301），第一介質層（2）和第二介質層（4）為結構相同的平板狀，N
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N個濾波器單元呈周期性均布排列構成陣列的太赫茲濾波器，N為大于1的自然數。2.根據權利要求1所述的太赫茲濾波器，其特征在于，所述的第一金屬層（1）和第三金屬層（5）為銅、鋁、銀或金制成的相同的方形環或圓形環，第二金屬層（3）為銅、鋁、銀或金制成的方形或圓形，第一介質層（2）和第二介質層（4）為介電常數為1.0-4.0的PTFE或RO4350B制成的相同方形平板或圓形平板，上、下對稱置于第二金屬層（3）兩邊。3.根據權利要求2所述的太赫茲濾波器，其特征在于，所述的第一金屬層（1）為方形環時，外周的長和寬相等，均為120-20...

【專利技術屬性】
技術研發人員：付少麗，李仲茂，冷永清，邱昕，
申請(專利權)人：鄭州中科集成電路與信息系統產業創新研究院，
類型：發明
國別省市：