三波段超材料宽带带通滤波器的设计及实验研究

基于多个圆环嵌套结构单元,设计、加工与测试了一种对偏振无依赖以及大角度入射稳定的三波段超材料宽带带通滤波器(BPF)。仿真结果表明该滤波器存在三个通带,中心频率分别为7.22,10.10,14.46GHz,3dB相对带宽分别为17.5%,20.2%和17.4%,中心频率处透射率分别为-0.85dB,-0.69dB和-1.73dB。单元结构具有旋转对称性,使得该滤波器对电磁波偏振不敏感,并且在入射角达到40°时,三个波段依然维持较好的稳定性。通过监测谐振频点处的表面电流分布情况,分析了三波段滤波的物理机理。这种带通滤波器具有多波段滤波、偏振无依赖以及大角度入射稳定等特性,有望在多频谱成像技术、信息通信等领域发挥一定的作用。     

高Q值跳频带通微波光子滤波器

提出一种基于Lyot-Sagnac滤波器和级联结构的高品质因数跳频带通微波光子滤波器.在该滤波系统中,利用宽带光源和Loyt-Sagnac滤波器原理实现波长间隔可变的连续光载波.利用相位调制器与单模光纤形成第一级单通带微波光子滤波器,光纤环形谐振器作为第二级滤波结构.经两级滤波器级联,实现高品质因数跳频单通带微波光子滤波器.在使用三段保偏光纤的情况下,通过调整偏振控制器的偏振状态,可实现滤波器中心频率在1.012 1GHz,1.214 5GHz,1.416 9GHz,1.619 3GHz,1.821 7GHz之间跳跃.由于采用了级联结构,所设计的滤波器继承了前后两级滤波器的共同优点,故滤波器的滤波特性良好,品质因数最高可达13 155.69;主旁瓣抑制比均在18dB以上,最高达25.51dB.且该装置结构简单,调谐便利.     

方形半环半槽双频带太赫兹滤波器的设计研究

基于频率选择表面中方形环与槽,设计了单面半环半槽的新型太赫兹滤波器.运用等效电路法对滤波器的频率响应特性进行了理论分析并进行数值仿真.结果表明:该单面互补结构具有双频带阻的滤波特性,中心频率分别为0.4406THz、0.7942THz,透过率分别为0.549%、0.909%,带内抑制佳,最大衰减分别达到38.74dB、38.59dB,在入射角为±30°范围内具有稳定的频率响应特性,通过改变结构参数可以使双阻带中心频率独立可控.与单环或单槽结构相比,该滤波器单面互补结构能够产生更多谐振频带的特点,为多频带传感器,太赫兹通信技术提供了理论基础.     

适用于雷达接收系统的高温超导窄带滤波器的研制

本文介绍一种为某专用雷达设计制作的工作于L波段的高温超导窄带带通滤波器.该滤波器为10阶微带谐振器级联(CQ)滤波器,引入两个交叉偶合构成一对传输零点形成准椭圆函数传输特性来增加带外陡度.为减小非近临谐振器间寄生耦合对滤波器传输特性的影响,对所采用的谐振器结构进行了精心选择.整个滤波器制作在一块2英寸的MgO衬底YBCO片上,封装后滤波器的整体尺寸为60mm×30mm×18mm.滤波器带宽为5MHz(FBW小于0.4%).实测滤波器带边陡度超过100dB/MHz,在中心频率(3MHz以外频域抑制好于-60dB,滤波器宽带抑制好于-80dB,滤波器最小插损0.3dB.     

两级串联声光可调谐滤波器旁瓣抑制的研究

阐述了偏振依赖的共线型和偏振无关的准共线型声光可调谐滤波器的滤波原理,进而导出了两级滤波的转换特性表达式;通过理论计算说明了两级声光可调谐滤波器能够有效地抑制旁瓣;最后,将两个单级的声光可调谐滤波器级联成两级滤波器,进行了旁瓣抑制的实验.实验结果表明,旁瓣被抑制到-19 dB,并且3 dB带宽也得到一定程度的压窄. 关键词： 集成光学 声光可调谐滤波器 旁瓣抑制     

基于偏振依赖多模-单模-多模光纤滤波器的波长间隔可调谐双波长掺铒光纤激光器

报道了一种具有全光纤结构的双波长掺铒光纤激光器,该激光器的核心器件为一款新型的多模-单模-多模光纤干涉滤波器.该滤波器通过一段偏振保持光纤引入偏振依赖相位差,因而其干涉滤波效果具有良好的偏振依赖特性.入射抽运功率为50 mW时,系统输出激光波长为1544.82与1545.61 nm,波长间隔0.8 nm,双波长激光边模抑制比均大于45 dB,输出峰值功率差小于1 dB,功率波动在0.7 dB以内.通过调整腔内的偏振控制器,可实现双波长间隔的连续可调谐输出,波长间隔的调谐范围为0—3 nm.输出信号的偏振态测试结果显示,系统保持精准的单偏振输出,并且在不同的调谐条件下,双波长激光表现出不同的偏振特性,当双波长激光的偏振状态相互正交时,系统的偏振消光比达到35 dB,整体调谐过程表现出良好的偏振稳定度.     

偏振无关的双折射多波长滤波器的Z域设计

基于双折射铌酸锂晶体的电光效应,设计了一种偏振无关的二端口波导型多波长可调谐滤波器.在非对称干涉仪的上下分支波导上,耦合电极与相移电极周期性交叉级联实现模式的偏振转换.利用琼斯矩阵的Z域分析,求解驱动电压模拟实现多个波长的同时选择.仿真实现了自由光谱范围内分布任意的窄带多波长输出.波长中心处传输率为100%;旁瓣大小受到所选波长个数的影响,三个波长同时滤波的旁瓣可达12 dB.同时得到了梳状滤波输出谱,其通带顶部平坦,旁瓣可达15 dB以上.     

CDMA基站用14阶高温超导滤波器

研制了用于CDMA移动通信基站接收机前端的14阶高温超导带通滤波器。该滤波器的设计带宽为10.9 MHz,中心频率为830MHz;仿真得到的回波损耗约为28 dB,带内波动小于0.008 dB,带外抑制大于90 dB;该滤波器由MgO衬底上的双面DyBa2Cu3O7超导薄膜加工而成。该滤波器在无后期调谐的情况下,72K温度的实测带宽为10.9MHz,回波损耗好于20dB,插入损耗0.001 dB,边带陡峭度高达80dB/16.3MHz,实测的中心频率等指标也与仿真设计结果吻合很好,各项指标均满足应用要求。     

基于二氧化钒的可调谐太赫兹宽带带通滤波器

提出了一种基于二氧化钒超材料的可调谐宽带带通滤波器.仿真结果表明:该滤波器在中心频率5.19 THz处的3 dB带宽为1.71 THz,最高传输率能够达到0.77,并且在入射角0°～40°范围内具有稳定的宽带传输性能.运用谐振频率处的表面电流分布和等效电路法,阐述了其实现宽带传输的物理机制.由于二氧化钒独特的相变特性,通过改变二氧化钒的电导率,滤波器的带宽可以从1.71 THz动态调谐至2.31 THz.该滤波器具有结构设计简单、宽通带以及可调谐等特性,有望在宽带太赫兹通信、传感以及其他新兴的太赫兹领域发挥重要的作用.     

非对称性对光子晶体光纤偏振相关滤波特性的影响

基于表面等离子共振效应,提出了三种不同非对称因素引入的金镀膜偏振相关滤波光子晶体光纤,利用全矢量有限元法研究了光子晶体光纤偏振相关滤波传输特性.当非对称纤芯模单独作用时,波长1.55μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为5.58dB/cm和461.58dB/cm,两偏振方向损耗比为83;当非对称金属表面等离子模单独作用,且镀膜厚度为55nm时,其谐振波长1.31μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为2.02dB/cm和412.91dB/cm,两偏振方向损耗比高达204,镀膜厚度19.5nm时其谐振波长1.55μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为5.29dB/cm和536.25dB/cm,两偏振方向损耗比为101;当纤芯模和表面等离子模同时引入非对称因素时,通信波长1.55μm处y偏振纤芯模谐振强度高达802.08dB/cm,而x偏振纤芯模损耗仅为5.57dB/cm,两偏振方向损耗比为144.数值比较可知,在金属表面等离子模中或两种模式同时引入非对称因素,可获得两偏振方向偏振损耗比更高的强偏振相关滤波传输特性的光子晶体光纤,该研究对光子晶体光纤偏振相关滤波器及相关偏振器件的设计与应用具有一定参考意义.     

无光滤波六倍频微波信号产生的系统设计

基于两个级联偏振调制器,提出了一种高频谱纯度、稳定的六倍频微波信号产生方法。该方法通过适当调整偏振片的偏振方向、射频驱动信号电压和相位,实现无光滤波器条件下、任何波段六倍频微波信号的产生。利用Optisystem平台搭建的仿真系统,以S波段4 GHz信号为例,验证了该设计系统产生的六倍频信号质量,并分析了非理想射频驱动电压和相位对六倍频信号质量的影响,结果表明:该设计系统能产生最大光边带抑制比、射频无杂散抑制比分别为21.3,15.2 dB的六倍频微波信号;且非理想驱动电压和相位差的偏离应控制在理想值5%的范围之内。     

TD-SCDMA基站用16阶高温超导窄带滤波器

设计并制作了用于TD-SCDMA移动通信基站接收机前端的16阶高温超导窄带带通滤波器。该滤波器的中心频率为2017.5MHz,相对带宽为0.297%,由MgO衬底上的双面DyBa2Cu3O7超导薄膜加工而成。该滤波器77K温度下的实测带宽为5.83MHz,回波损耗好于15dB,边带陡峭度高达80dB/MHz;实测的中心频率等指标与仿真设计结果吻合很好。     

C波段卫星通信中高温超导双工器的研制

文中提出一种紧凑型的c波段高温超导双工器的设计方法,利用一个公共输入节点和两个带通滤波器组成双工器。公共节点是由中心谐振频率处在防护频带上的开环微带环实现,每个带通滤波器都包括四个矩形螺旋线谐振器。双工器的中心频率为4GHz,带宽为0.23GHz。该双工器采用氧化镁衬底双面镝钡铜氧高温超导薄膜加工而成,薄膜上下表面均溅射金保护层。将超导双工器封装在铜制屏蔽盒中并在机械制冷机(77K温度条件)中测试。实验结果表明,每个信道的插入损耗低于0.1dB,两个信道间的隔离度超过40dB。仿真和实验结果达到很好的吻合,有效的说明了设计方法的正确性。     

太赫兹mesh带通滤波器的设计与仿真

基于太赫兹波的大气吸收窗口,设计了一款四级级联的太赫兹mesh带通滤波器。此滤波器的中心频率为0.25 THz,在3 dB处带宽为0.1 THz,在通带内的插入损耗为1.5 dB,纹波系数小于0.5 dB,在室温下通带内的透过率能达80%以上,且此滤波器的中心工作频率和带宽可以通过缩放mesh槽孔的尺寸来调节。利用电磁仿真软件HFSS,结合周期边界条件及理想匹配层吸收边界条件模拟了太赫兹mesh带通滤波器的mesh排列方式、介质衬底及不同入射角度的入射波、不同极化方式等因素对滤波器透过率、插入损耗的影响。     

基于科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器

太赫兹滤波器是太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹检测等太赫兹应用系统中不可或缺的功能器件。按照不同的分类方式,滤波器有不同的种类,常见的按照选频功能可分为高通滤波器、低通滤波器、带阻滤波器和带通滤波器。为了实现在太赫兹波段的滤波效果,世界各地的研究人员利用不同的结构、材料和控制方式实现了功能各异的太赫兹滤波器,但是考虑到设计的器件要应用到太赫兹系统中,成本低廉、结构简单、性能优越的太赫兹滤波器一直是研究人员的追求。分形概念自提出以来在很多研究领域都有了快速发展,但是在太赫兹波段的应用还不是很常见,特别是应用于太赫兹功能器件的设计。引入分形中科赫曲线的概念设计并制备了一种新型的太赫兹带通滤波器,该滤波器是在金属薄膜上刻蚀出科赫曲线分形结构,当太赫兹波垂直入射到该滤波器时候实现了在太赫兹波段的窄带滤波。在滤波器的设计过程中,追求理论与实验相结合,首先在电磁仿真软件中建立科赫曲线分形结构滤波器模型进行计算,探究分形结构应用于太赫兹波段进行滤波的可行性,在进行多次计算之后得到优化后的尺寸和结构,然后根据优化后的尺寸加工出科赫曲线分形结构太赫兹滤波器样品,并且将样品放在太赫兹时域光谱系统中进行实验测量,得到实验数据后与仿真结果进行比较。在仿真中利用了时域有限差分法模拟科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器的传输特性,优化后的仿真结果表明:滤波器的谐振频率为0.715 THz,透射系数能够达到0.92,-3 dB带宽为21.9 GHz,将仿真得到的散射参数进行S参数反演得到了太赫兹滤波器样品的电磁参数,这在理论上分析了太赫兹波在谐振点处产生透射增强的原因。利用飞秒激光微加工系统制备了尺寸优化后的科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器样品,然后使用太赫兹时域光谱系统对样品的传输特性进行测试,对实验得到的时域数据进行快速傅里叶变换之后得到频域数据,再把频域数据进行归一化处理后与之前的电磁仿真结果进行对比,发现实验测得的结果与电磁软件仿真得到的结果较为吻合。     

VHF波段变容管调谐式超导陷波器

设计制作了一款VHF波段变容管调谐式超导陷波器,该陷波器采用一种结构紧凑的电容加载的矩形回路谐振器,谐振器与主线之间的耦合形式为混合耦合。通过调节加载在谐振器上变容二极管的反偏电压,实现带阻滤波器中心频率可调。测试表明,陷波器中心频率可调范围为251~360MHz,陷波器中心频点抑制40dB,3dB带宽9dB,插入损耗0.5dB。     

基于薄膜光子晶体超晶格理论的偏振带通滤波器

偏振带通滤波器在光通讯波分复用技术中有着特殊的应用.利用薄膜一维光子晶体超晶格概 念，提出了两种新的偏振带通滤波器的设计方法.第一种是基于两个一维光子晶体叠加的偏 振带通滤波器；第二种是在第一个光子晶体的中间插进第二个光子晶体，形成三个一维光子 晶体叠加的偏振带通滤波器.设计了性能优良的p偏振分量透射而s偏振分量反射的新型带通 滤波器.讨论了这种滤波器的通带特性和截止宽度. 关键词： 薄膜光子晶体 超晶格 偏振带通滤波器 波分复用系统     

VHF波段超窄带超导滤波器的设计及其时域调谐

低频超窄带滤波器要求谐振器间的耦合极弱,设计受到薄膜面积限制,其性能对基片介电常数的均匀性极为敏感且受制作和封装精度的限制.这些因素将导致的滤波器中心频率偏移和带内性能恶化.对此,时域调谐提供了很好的解决途径.我们采用嵌套双螺旋型谐振器,在37mm×12mm的MgO基片上设计制作了4节超导滤波器,中心频率为166.9 MHz,相对带宽仅为0.29%.由于基片厚度或介电常数的偏差及不均匀性会导致滤波器中各谐振的谐振频率偏移,使通带性能受到很大影响.我们提出了将机械调谐与时域分析相结合的方法,通过机械调谐纠正各谐振器的谐振频率,改善滤波器性能.同时为了解决多信道滤波器系统中,各滤波器工作于同一温度下,系统频率一致性问题,通过时域调谐获得频率可调范围信息.对上述0.5 MHz带宽的VHF波段滤波器应用时域调谐方法,得到的可调范围为0.7 MHz,测试结果表明该滤波器具有优异性能,带内插损小于0.4 dB,反射损耗达到14.8 dB,带外抑制大于-70 dB.     

激光诱导和化学镀铜制备太赫兹偏振器和滤波器

利用激光诱导与化学镀铜的方法在聚酰亚胺薄膜上制备了太赫兹线栅偏振器和带阻滤波器,用太赫兹时域光谱系统对所制备的器件进行了测试。测试结果表明,该方法制备的太赫兹线栅偏振器在0.2～1.5 THz范围内的消光比优于20 dB,耶路撒冷十字结构带阻滤波器的3个中心频率分别为0.41、1.07、1.47 THz。实验结果与时域有限差分法的仿真结果基本相符。研究表明激光诱导与化学镀铜是一种简单灵活且能有效地制备太赫兹器件的方法。     

具有二次谐波抑制的小型高温超导滤波器设计

采用全波电磁仿真分析方法,设计制作了8阶高温超导带通滤波器。通过在半波长发夹型谐振器的基础上引入分形及插指结构,使得滤波器整体体积较小,同时可有效解决滤波器二倍频处寄生通带问题。最终滤波器的版图大小为22mm×11mm,达到了滤波器小型化的目的。在77K温度下,测得未经调谐的滤波器中心频率为2451.6MHz,通带宽度为108MHz,通带内插入损耗小于0.28dB,回波损耗优于11.74dB,带外抑制大于45dB,二次谐波寄生通带被抑制到三倍频之外。