基于頻率選擇表面結構的多通帶太赫茲帶通濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于電磁波傳輸功能器件技術領域，特別涉及一種基于頻率選擇表面 結構的三通帶太赫茲帶通濾波器及其設計。
【背景技術】
[0002] 太赫茲（THz)波通常指頻率在0. 1~10THZ (波長在0. 03~3mm)的電磁波，介 于微波與紅外光之間，同時具有微波與紅外光的特性，其特點是波束寬度適中、系統帶寬較 大，十分有利于目標探測成像、高速率大容量通信。THz波具有很多微波和光波所不具備的 特點，例如THz光子能量低，只有幾個毫電子伏特，不會對檢測物質造成破壞，大多數非金 屬非極性材料對THz波吸收較小，使得它可以用于檢測材料內部信息。THz脈沖源只包含若 干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶能覆蓋從GHz到幾十THz的頻率范圍，很多生物大 分子的振動和轉動能級，電介質、半導體、超導材料等的聲子振動能級都在THz波段內。超 快THz脈沖具有很高的峰值功率，在太赫茲時域光譜系統中具有很高的信噪比。由于具備 上述優勢，太赫茲技術可在安檢、傳感和成像等領域發揮巨大的作用，近年來受到了研宄者 們的高度關注，與此同時，許多工作在太赫茲波段的新材料、新器件也應運而生。
[0003]人工電磁材料（Electromagnetic materials)或超材料（metamaterials，MMs)通 常指具有天然材料所不具備的超常電磁特性的一類人工復合材料，其結構尺寸遠小于工作 波長，在亞波長量級，因此在工作波長內可視為一種均勻電磁媒質。通過在兩種或兩種以上 的傳統媒質材料中（如金屬和介質）設計某種周期排列的人工結構單元，實現對所設計超 材料的等效介電常數和等效磁導率的改變，構成可以自由調控電磁波傳輸性質的人工超材 料。頻率選擇表面（FSS-Frequency Selective Surfaces)是人工電磁材料中的熱點研宄 領域，它是一種能夠對電磁波的不同諧振頻率、入射角、極化方式發生全反射或全透射的二 維周期陣列結構，基于FSS結構的人工電磁材料對電磁波具有選擇透過性，可以廣泛應用 于雷達罩的RCS減縮、空間濾波器、極化器、吸波材料改性等領域。
[0004]由于太赫茲波的獨特性質，在自然界中能夠對太赫茲波進行響應的材料比較少， 以致當前工作在太赫茲波段的功能器件較少，制約了太赫茲科學與技術的發展和應用，而 太赫茲超材料的提出，彌補了這一缺陷，使得太赫茲功能器件的實現成為可能，通過對周期 排列的微結構的設計，可以得到在太赫茲波段進行響應的器件，從而使太赫茲波調控成為 可能。當前太赫茲波功能器件主要集中在吸波器，濾波器、波片等等，針對太赫茲帶通濾波 器更為廣泛的應用（太赫茲波選頻及太赫茲波通信領域），因此我們設計了太赫茲帶通濾 波器。然而，目前大多數的太赫茲帶通濾波器都是單通帶濾波，只能進行單一頻段的選頻， 并且都是偏振敏感的器件，當改變電場或者磁場的方向時，其濾波特性大大降低甚至消失， 大大制約了器件的使用范圍，實用性較差。基于此，我們提出一種偏振不敏感的多通帶的帶 通濾波器的設計，增加了選頻范圍，增強了調制特性，可以同時進行不同頻段的太赫茲產生 和探測，使其在太赫茲通信，傳感，探測以及物質鑒別方面具有更加廣泛的應用。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有太赫茲帶通濾波器只能進行單一頻段的選頻濾波，并且都是偏振敏 感的器件，當改變電場或者磁場的方向時，其濾波特性減弱甚至消失的技術問題，本實用新 型提供了一種基于頻率選擇表面結構的太赫茲帶通濾波器。
[0006] 本實用新型的技術解決方案如下：
[0007] 一種基于頻率選擇表面結構的多通帶太赫茲帶通濾波器，其特殊之處在于：包括 襯底介質基片和設置于襯底介質基片上下表面的兩個頻率選擇表面層，兩個頻率選擇表面 層結構相同，每個頻率選擇表面層包括按MXN矩陣緊密排列的諧振單元，M與N為大于1 的整數，每個諧振單元由3個正方形金屬環構成，位于上下表面的兩個諧振單元的金屬環 共軸。
[0008] 優選的，上述諧振單元的行、列間距為零，此改進的優點是：通過對結構行列間距 的設計，當行列間距為零時可以得到最佳的三帶濾波效果，其它數值的行列間距濾波效果 都沒有上述優異。
[0009] 優選的，上述MXN矩陣為正方形矩陣，此改進的優點是：該結構的三帶濾波特性 是建立在以單元為基礎上的周期排列結構，故該結構為MXN的正方形排列時，具有最佳的 三帶濾波效果。
[0010] 優選的，上述襯底介質基片為柔性高分子襯底介質基片。
[0011] 優選的，上述襯底介質基片為在太赫茲波段具有高透過率的聚酰亞胺襯底介質基 片。
[0012] 優選的，上述金屬環為銅金屬環。
[0013] 優選的，上述襯底介質基片的厚度為35 ym，所述三個同心正方形金屬環的寬度從 外向里依次為6 y m、5 y m、5 y m，金屬環厚度為0? 2 y m。
[0014] 本實用新型與現有技術相比，優點是：
[0015] 1、本實用新型提供的基于頻率選擇表面結構的三通帶太赫茲帶通濾波器，在一塊 柔性高分子襯底上集成了三個頻率的太赫茲波帶通濾波，可以對三個不同頻帶的太赫茲波 進行濾波，并具有偏振不敏感特性，解決了傳統太赫茲帶通濾波器只能單頻濾波、偏振敏感 的不足。
[0016] 2、本實用新型提供的三通帶響應太赫茲帶通濾波器結構簡單，制備工藝流程短， 有利于降低制備成本。
[0017] 3、本實用新型提供的帶通濾波器具有多通帶濾波、偏振不敏感、插入損耗小、帶內 波紋平坦、帶外抑制明顯、結構簡單、尺寸小、易于加工等優點，在太赫茲通信、選頻、物質檢 測等領域具有巨大的潛在應用價值。
【附圖說明】
[0018] 圖la為基于頻率選擇表面結構的多通帶太赫茲帶通濾波器周期排列圖。
[0019] 圖lb為單個諧振單元的結構示意圖。
[0020] 圖lc為圖lb的俯視圖。
[0021] 圖2為基于頻率選擇表面結構的多通帶太赫茲帶通濾波器透射曲線仿真圖。
[0022] 圖3a為基于頻率選擇表面結構的多通帶太赫茲帶通濾波器TE偏振模式的透射曲 線仿真圖。
[0023] 圖3b為基于頻率選擇表面結構的多通帶太赫茲帶通濾波器TM偏振模式的透射曲 線仿真圖。
[0024]圖4為改變金屬環形狀模擬得到的透射曲線仿真圖。
[0025]圖5為改變金屬環材料模擬得到的透射曲線仿真圖。
[0026]圖6為改變介質基底厚度模擬得到的透射曲線仿真圖。
[0027] 圖7a_圖7c為不同結構的諧振單元，圖7d為圖7a-圖7c所對應的諧振單元的透 射曲線仿真圖。
[0028] 圖8為理論計算分析模型圖。
[0029] 圖9為模擬結果與計算結果對比圖。
【具體實施方式】
[0030] 以下結合附圖對本實用新型做詳細說明：
[0031] 如圖la、lb、lc所示，本實用新型提供的基于頻率選擇表面結構的多通帶太赫茲 帶通濾波器包括襯底介質基片和襯底