一种宽频带机械可调谐滤波器
阅读说明：本技术 一种宽频带机械可调谐滤波器 (Broadband mechanical tunable filter ) 是由 阮久福 陶治 孟子凡 兰凤 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种宽频带机械可调谐滤波器,滤波器包括两个分立的谐振器以及两个分立的谐振器之间的空气层；分立的谐振器结构完全相同,包括介质层和金属谐振层,金属谐振层包括M×N个相同单元；两个分立的谐振器的金属谐振层隔着空气层相邻,通过调节空气层的厚度来改变滤波器的谐振频率,使得宽频带机械可调谐滤波器可在很宽的频率范围内实现单通带向多通带的转换以及通带位置的移动。与现有的可调谐滤波器相比,本发明具有通带数目自由变换、调谐响应快、调谐范围广、结构简单等优点。(The invention discloses a broadband mechanical tunable filter, which comprises two discrete resonators and an air layer between the two discrete resonators; the discrete resonators have the same structure and comprise dielectric layers and metal resonance layers, and each metal resonance layer comprises M multiplied by N same units; the metal resonance layers of the two separated resonators are adjacent to each other through an air layer, and the resonance frequency of the filter is changed by adjusting the thickness of the air layer, so that the broadband mechanical tunable filter can realize the conversion from a single passband to multiple passbands and the movement of the passband position in a wide frequency range. Compared with the existing tunable filter, the tunable filter has the advantages of free pass band number conversion, fast tuning response, wide tuning range, simple structure and the like.)
技术领域
本发明涉及微波及太赫兹功能器件领域，特别是涉及一种宽频带机械可调谐滤波器。
背景技术
近年来随着太赫兹技术的蓬勃发展相应的功能器件需求也越来越高，对于高集成度的太赫兹系统而言，性能可靠的可调谐滤波器至关重要。目前调谐方法多通过采用特殊的功能材料以改变滤波器的等效电参数来实现，具体来说有基于温敏材料、液晶、石墨烯等的调谐方式。这些方式存在调谐缓慢延迟大、需外加偏置电压、难以控制调谐范围、成本较高、结构复杂等问题。另外，在现有的可调谐太赫兹带通滤波器中，可调谐仅仅是通带的频率可调，而通带的个数是固定的，这也限制了其应用范围。
基于上述问题，如何设计响应迅速、结构简单、调谐范围可控且通带个数可调的太赫兹滤波器成为本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种宽频带机械可调谐滤波器，即仅需要提供外加压强即可实现通带频率及个数的调谐。
为实现上述目的，本发明提供一种宽频带机械可调谐滤波器，其特征在于，所述滤波器由两个分立的谐振器及它们之间的空气层组成；
所述分立的谐振器为两层结构，包括谐振层和介质层，谐振层包括M×N个相同的单元，相邻单元间无间距，M和N均为等于或大于1的正整数，M可以大于、等于或小于N；
所述单个分立的谐振器的谐振层及其介质层之间的间距为零；
所述介质层材料为环烯烃聚合物；所述谐振层材料为金属；
所述介质层的介电常数为2.2，损耗正切值为0.0007；
所述宽频带机械可调谐滤波器的两个分立的谐振器的谐振层之间由空气层隔开，即两个谐振器的金属谐振层隔着空气层相对；
所述谐振层单元结构为在正方形上开了四个等大的缝隙；
所述正方形的边长为1000μm；
所述缝隙的形状均为等腰梯形，缝隙位于正方形四条边的边缘处，缝隙中心与每条边的中心对齐，缝隙即等腰梯形的长底边距每条边的距离为50μm；缝隙的长底边长度为829.29μm，缝隙的短底边长度为729.29μm，缝隙的高度为50μm；
所述单元的介质层厚度为199μm；
所述宽频带机械可调谐滤波器的空气层的厚度在0-2mm之间调节；
所述宽频带机械可调谐滤波器可在50-300GHz范围内随着空气层厚度的变化提供一个或多个通带；
所述宽频带机械可调谐滤波器通带的位置可以随着空气层厚度的变化而移动。
可选的，所述第一谐振层和第二谐振层的厚度的范围为0.5μm-1.1μm。
可选的，所述第一谐振层和第二谐振层的材料为金、银、铜、铝中的一种。
本发明的有益效果为：
1、本发明的宽频带机械可调谐滤波器，通过调节空气层的厚度，实现了通频带频率的变化，同时实现了通频带个数的变化，即由单频滤波变为多频滤波。
2、本发明的宽频带机械可调谐波器调谐方式简单且响应迅速，无需偏置电压即可实现调谐。
3、本发明的宽频带机械可调谐滤波器结构简单，稳定性好，实用性强。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例分立谐振器的谐振层单个单元的结构示意图；
图3-12为本发明实施例空气层的厚度分别为0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm时本发明实施例的传输响应图；
其中，1、分立的谐振器，1-1、谐振层，1-2、介质层，2、空气层，3、缝隙。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明的目的是提供一种宽频带机械可调谐滤波器，所述滤波器由两个分立的谐振器1及它们之间的空气层2组成，如图1所示。空气层2的厚度为t，t的范围为0-2mm。所述分立的谐振器1由谐振层1-1和介质层1-2组成；每个分立的谐振器的谐振层1-1和介质层1-2之间的间距为零。谐振层1-1的材料为金属铜，厚度为0.8μm；介质层1-2的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，厚度t1为199μm，介电常数为2.2，损耗正切值为0.0007。如图1所示，所述宽频带机械可调谐滤波器的两个分立的谐振器1的谐振层1-1之间由空气层2隔开，即两个分立的谐振器1的谐振层1-1隔着空气层2相对。谐振层1-1包括M×N个相同的单元，相邻单元间无间距，M和N均为等于或大于1的正整数，在本实例中M、N都取为20。
如图2所示，所述谐振层单元结构为正方形上开了四个等大的缝隙3；所述正方形的边长P为1000μm；缝隙3的形状为等腰梯形，缝隙3位于正方形四条边的边缘处，缝隙3的中心与每条边的中心对齐，缝隙3距每条边的距离即等腰梯形的长底边距每条边的距离w为50μm；缝隙3的长底边长度S为829.29μm，短底边长度d为729.29μm，宽度h为50μm。
如图3所示，空气层2的厚度为0.2mm时，本发明实施例滤波器呈现单通带特性，中心频率145GHz处的传输系数为0.917，带宽(-3dB，即传输系数为0.707，以下同)为135.5-157GHz的21.5GHz。
如图4所示，当空气层2厚度从0.2mm增加为0.4mm时，本发明实施例滤波器由0.2mm时的单通带变为双通带，原145GHz处的通带基本不变，即中心频率及带宽变动不大：中心频率从145GHz变为141GHz(传输系数为0.901)，带宽从135.5-157GHz的21.5GHz变为131-152GHz的21GHz；而此时增加了一个中心频率为289.5GHz(传输系数为0.906)、带宽为286-291.5GHz的5.5GHz的窄的通带。
如图5所示，当空气层2的厚度继续增加变为0.6mm时，本发明实施例的滤波器继续呈现双通带特性，原145GHz处的通带仍然保持基本不变，即中心频率及带宽变动不大：中心频率变为137GHz(传输系数为0.917)，带宽变为125-152GHz的27GHz；而此时新出现了一个中心频率为203GHz(传输系数为0.971)、带宽为199.5-206GHz的6.5GHz的窄的通带。
如图6所示，当空气层2的厚度继续增加变为0.8mm时，本发明实施例的滤波器继续呈现单通带特性，通带最大传输频率为142GHz，带宽为115-178GHz的63GHz。此时的单通带特别宽，是由原来两个通带合并而成，即空气层厚度为0.2mm时145GHz处的通带和空气层厚度为0.6mm时203GHz处的频率向低频处移动变为中心频率169GHz后合并而成。
如图7所示，当空气层2的厚度继续增加为1.0mm时，本发明实施例的滤波器又呈现双通带特性，两个通带分别为：中心频率152GHz(传输系数为0.974)，带宽为132-163GHz的31GHz的较宽的通带，和中心频率变为107GHz(传输系数为0.949)，带宽为105-112GHz的7GHz的窄通带。即当空气层厚度为0.8mm时组成一个带宽为63GHz的宽的单通带的两个构成小通带又分离开：空气层厚度为0.2mm时的145GHz处的通带基本不变，只是中心频率小幅向高频移动变为152GHz(传输系数为0.974)，带宽为132-163GHz的31GHz；而空气层厚度为0.8mm时的中心频率为169GHz的通带继续向低频移动，中心频率变为107GHz(传输系数为0.949)，带宽为105-112GHz的7GHz。
如图8所示，当空气层2的厚度继续增加为1.2mm时，本发明实施例的滤波器呈现三通带特性，三个通带分别为：中心频率96.5GHz(传输系数为0.929)，带宽为92.25-98.25GHz的6GHz的较窄的通带；中心频率146GHz(传输系数为0.912)，带宽为135.75-155.75GHz的20GHz的较宽通带；中心频率220.5GHz(传输系数为0.954)，带宽为219.5-221.25GHz的不到2GHz的非常窄的通带。
如图9所示，当空气层2的厚度继续增加为1.4mm时，本发明实施例的滤波器继续呈现三通带特性，三个通带分别为：中心频率86.5GHz(传输系数为0.912)，带宽为85.75-87.25GHz的1.5GHz的很窄的通带；中心频率143GHz(传输系数为0.885)，带宽为135-152.5GHz的17.5GHz的较宽通带；中心频率196.25GHz(传输系数为0.972)，带宽为193.75-198.25GHz的4.5GHz的较窄的通带。可以看到，此时的三个通带与空气层厚度为1.2mm时对应的三个通带(中心频率)都有向低频的偏移。
如图10所示，当空气层2的厚度继续增加为1.6mm时，本发明实施例的滤波器继续呈现三通带特性，三个通带分别为：中心频率77.75GHz(传输系数为0.9)，带宽为77.5-78.25GHz的0.75GHz的非常窄的通带；中心频率140GHz(传输系数为0.939)，带宽为130.5-152.5GHz的22.5GHz的较宽通带；中心频率178GHz(传输系数为0.976)，带宽为173-181.25GHz的8.25GHz的较窄的通带。可以看到，此时的三个通带与空气层厚度为1.6mm时对应的三个通带(中心频率)继续向低频偏移。
如图11所示，当空气层2的厚度继续增加为1.8mm时，本发明实施例的滤波器主要呈现一个较宽的单通带特性，通带为：中心频率142.5GHz(传输系数为0.967)，带宽为126-169GHz的43GHz的非常宽的通带。
如图12所示，当空气层2的厚度继续增加为2.0mm时，本发明实施例的滤波器又呈现双通带特性，通带分别为：中心频率150.5GHz(传输系数为0.971)，带宽为119.75-160.75GHz的41GHz的非常宽的通带；中心频率209.5GHz(传输系数为0.965)，带宽为208.5-210.25GHz的1.75GHz的非常窄的通带。
本发明实施例的宽频带机械可调谐滤波器可在50-300GHz范围内随着空气层2的厚度变化而提供一个、两个或三个通带，并且通带的位置随着空气层厚度的变化而移动。
本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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