太赫兹波导滤波器的分析与设计.PDFVIP

第25卷第6期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．25。No．6 BEAMS 2013年6月 HIGHPOWERI。ASERANDPARTICLE Jun．，2013 文章编号： 1001—4322(2013)061527—03 太赫兹波导滤波器的分析与设计” 陆 彬， 崔博华 (巾圉1二程物理研究院电子丁程研究所．四川绵阳621900) 摘 要： 分析了’不同宽边情况下对滤波器加工精度的影响，分析结果表明对于不同频段的滤波器，需要 选择合适的谐振腔的宽边才能达到较好的性能，同时分析了不同谐振模式的滤波器对加工精度的影响，分析表 明，对于太赫兹频段滤波器，选用TE。谐振模式时存在腔体长度会比波导的宽边小很多的情况，而选朋高阶 谐振模式不但可以提高滤波器的品质因数Q值，减少损耗，同时也能在一定程度上二降低滤波器对加_丁精度的 THz 要求。最后以0．34 4阶带通滤波器为例验证此方法的正确性，测试表明该滤波器最低损耗为一0．73dB， 在0．335～0．349 THz范围内损耗在一2dB以内。 关键词： 太赫兹；波导； 滤波器；谐振模式； 品质因数 中图分类号：TN713 文献标志码： A doi：lO．3788／HPI，P1527 太赫兹具有更宽的可用物理带宽，因此太赫兹已广泛用于通信、遥感、成像等领域1。在各种应用场合中， 都需要滤波器对需要的太赫兹频率进行选择、过滤。目前广泛应用的太赫兹滤波器有频率选择表面(FSS)、危 机电系统(MEMS)滤波器、波导腔体滤波器等。频率选择表面采用周期性结构来实现频率的选择’2j，实现滤波 的功能，广泛应用于准光系统中；MEMS滤波器与波导腔体滤波器L相似，均采用腔体结构来实现，前者使用 体硅蚀刻工艺在硅上刻蚀滤波器图形，然后在硅表面溅射金等金属实现波导的特性，而后者直接在金属上使用 高精密数控铣技术铣滤波器图形。两者都使用波导技术来实现，而波导技术中使用最为广泛的是H面阶梯滤 波器。太赫兹频率因波长短，对应的滤波器结构尺寸变得非常小，采用一般的数控铣T艺很难达到所需的要 求。H面滤波器的设计方法已经很多，然而采用经典的设计方法设计滤波器，对加工要求较高，本文以0．34 THz滤波器为例，推导H面阶梯高次谐振腔的设计过程，同时分析滤波器的谐振腔在不同宽度加工精度对滤 波器的影响。 1 谐振模式与宽边的选择 对于波导滤波器，谐振腔为“×b×d，谐振模式选用TEm(p为谐振模式)，它的谐振频率为 厂=号肥丽 对应的谐振腔的品质冈数Q为“ ! r” n一!丝型!纽 … 。 27c2R。 3Ⅱ364-2bd2“3d+(f(f3) (2P 3+P 7v／；I。从 式中：“，6．d分别为谐振腔的长、宽、高；R。为表面电阻；77为真空中的阻抗；是为波数，其表达式为是一2 式(2)可以看出，谐振腔的Q值与各边长有关，同时还与谐振模式P有关。 谐振腔采用数控铣的办法来实现时，假定数控铣的精度为艿，则对于一个尺寸为“的结构．最后加工的尺 寸将会在[“一d，a+胡之间随机变化，根据式(1)，最后的谐振频率也发生一定的变化，而滤波器属于强谐振结 构，谐振频率对滤波器性能的影响非常大，因此就要求数控铣的精度艿要足够小，才能保证谐振频率不发生偏 移。滤波器的特性得