表面等离子体激元是一种特殊的光频率表面电磁波,它存在于金属和介质的界面,并在界面的法向方向上呈指数衰减。为了将表面等离激元应用到微波以及太赫兹频段,人工表面等离激元的概念被提出来了。人工表面等离激元的在天线、射频电路以及通信系统上具有广阔的应用前景。本文基于人工表面等离激元的特性,研究并设计了三款微波器件,分别是基于分立元件的检波器、混频器两款有源器件和一款无源器件滤波器。实验结果表明,仿真结果和实测结果基本一致,验证了设计的可靠性。文本主要的工作内容和创新点如下:1.本文设计实现了基于人工表面等离激元结构的肖特基二极管检波器。该检波器采用分立元件设计,由输入匹配网络、肖特基二极管和输出滤波网络组成,集成了高低阻抗线和λ/4扇形线。与传统的微波检波器相比,该检波器在-30dBm到5dBm的输入功率内,实现了低传输损耗。实验结果表明,其在高输入射频功率下提高了31%的电压灵敏度,在低输入射频功率下提高了95%的电压灵敏度。该检波器拥有小型化、低成本、易于平面制作等特点,在飞机、车辆和无线通信领域具有广泛的应用前景。2.本文设计了一种基于人工表面等离激元结构的环形混频器并加工实测。这种单平衡混频器由一个具有四个端口和两个SMS7621-060肖特基二极管的混合环组成。混频器制作在Rogers 4350B衬底上,采用高低阻抗线并在电路中集成λ/4扇形线。当输入24.01GHz的射频信号和24GHz功率为10dBm的本振信号时,变频损耗为8dB。与其他研究人员报道的混频器相比,该混频器实现了低传输损耗,实测结果表明,变频损耗减少了30%,所需的驱动功率减少23%。该结构易于利用PCB工艺制作,无需复杂设计。3.本文设计了一种基于人工表面等离激元的滤波器,其结构利用人工表面等离激元的高频截止特性,通过制造传输零点的方式,提高了带外抑制能力。与传统发夹型滤波器相比,该滤波器展现了较强的带外抑制能力,在下边带0.5GHz处的抑制减少了7dB。该滤波器通带为36-39GHz,带内插入损耗为2dB以内。