亚波长超波导滤波器与超端口

本文提出一种基于局域谐振超材料（LRMs）设计小型化波导滤波器的新技术。我们利用倏逝空心波导中的亚波长（亚-$\lambda$）导波机制，并由小型谐振器加载，实现了超小型超材料滤波器（Meta-filters）。具体而言，我们使用由空心金属管加载一组谐振针构成的复合针管波导（CPPWs），其针间距为深亚波长距离。我们证明，在此类结构中，多重谐振散射孕育出一种亚-$\lambda$ 模式，其在 LRM 的诱导杂化带隙（HBG）之下具有可定制带宽。亚-$\lambda$ 导模与 HBG 分别在有限长 CPPW 中诱导通带和阻带，由此形成滤波器，其主要特性在很大程度上与谐振 inclusions 的具体排布无关。为保证与现有技术的兼容性，我们提出一种独特的亚波长方法，将小型 CPPW 滤波器与标准波导接口匹配，称之为超端口（meta-port）。最后，我们制造并测试了一系列 Ku 波段（10-18GHz）低阶与高阶超紧凑铝制 CPPW 滤波器。我们的测量结果表明了带宽的可定制性以及通带对几何缩放的鲁棒性。这些 3D 打印原型比传统滤波器小一个数量级且更轻，并且兼容标准波导接口，可在未来卫星系统与 5G 基础设施中应用。