【摘 要】
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在光学频段,金属中的自由电子与入射电磁波耦合并激发形成一种电磁波,可以沿着金属与电介质交界面传播,这种电磁波被称为表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）波模式,它的能量分布在垂直于交界面的方向上并呈指数衰减。因为在光学频段中金属呈现负介电常数特性,所以SPPs可以紧密束缚在金属和介质的交界面上。然而当频率降低至微波和太赫兹频段时,由于金属表现为无负介电常
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在光学频段,金属中的自由电子与入射电磁波耦合并激发形成一种电磁波,可以沿着金属与电介质交界面传播,这种电磁波被称为表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）波模式,它的能量分布在垂直于交界面的方向上并呈指数衰减。因为在光学频段中金属呈现负介电常数特性,所以SPPs可以紧密束缚在金属和介质的交界面上。然而当频率降低至微波和太赫兹频段时,由于金属表现为无负介电常数特性的理想电磁导体,SPPs无法直接传输,所以在此低频段中不存在自然的SPPs波。为了实现SPPs在微波和太赫兹频段的传播,研究者提出一种在金属表面挖出周期性的亚波长凹槽或孔的结构,并且将这种结构称作为人工表面等离子体激元（Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs）。本文在总结分析之前前人研究成果的基础上,对基于SSPPs微波无源电路相关方向,开展了深入研究的工作,主要包括以下几方面的内容:1、设计实现了一种基于双层SSPPs的宽带平衡滤波器。首先提出了一种基于SSPPs的功分器,由基于双边平行带线（Double-sided Parallel Strip Line,DSPSL）的双层SSPPs传输结构与单层SSPPs传输结构相结合组成。并在此设计基础上,提出了基于双层SSPPs的四端口平衡带通滤波器,由双层SSPPs滤波电路与带底层金属地的单层SSPPs电路结合组成,以实现差模信号的带通滤波。同时,在该平衡滤波器中还加载一个由金属通孔与DSPSL相结合的180°反相器,以实现在较宽频段的共模信号抑制。2、设计实现了一种基于SSPPs的新型漏波滤波端射天线。辐射单元为倒梯形,呈上下对称分布,整体天线由多组辐射单元紧密排列组成。由于辐射单元排列密集,可以抑制高次空间谐波,以确保单束辐射,并且辐射单元通过按周期排列形成的结构具有与SSPPs波导相似的色散关系。同时,通过在微带传输线上加载带金属通孔的短路枝节引入传输零点,从而实现带通滤波功能。3、设计实现了一种基于双层SSPPs的新型滤波天线。首先提出了基于双层SSPPs的加载短路枝节的滤波结构,同时在电路的末端加载一个喇叭形状的开口金属地,通过此结构实现模式转换与阻抗匹配,并将信号传输到自由空间中。然后通过进一步改进,提出了基于双层SSPPs的加载短路枝节和U型枝节的滤波波导结构,该滤波波导可以实现较好的滤波性能和频率选择性,并且传输零点对应的频点可以根据不同的参数变化进行调节,最后通过在该结构的末端加载金属地结构实现带通效果更加理想的滤波天线。
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