基于人工表面等離極化激元的定向耦合器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于人工表面等離極化激元的定向耦合器，包括輸入端、隔離端、耦合端、直通端和耦合段，所述輸入端、隔離端、耦合端、直通端和耦合段均由平面等離極化激元波導(dǎo)組成，所述平面等離極化激元波導(dǎo)由周期性排列的金屬單元組成，所述金屬單元上均設(shè)置有垂直于所述平面等離極化激元波導(dǎo)長度方向的凹槽，所述凹槽均位于所述平面等離極化激元波導(dǎo)的同側(cè)。當電磁波從輸入端激勵時，入射電磁波會在器件表面形成表面波，經(jīng)過中間耦合段的耦合后，不同波長的電磁波會按不同的比例在直通端和耦合端輸出?？梢允固囟l段內(nèi)不同波長的電磁波在不同端口輸出，并且通過等比例放大或縮小尺寸就可以使其工作在任意頻段內(nèi)，具有很高的應(yīng)用價值。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于人工表面等離極化激元領(lǐng)域，具體涉及ー種基于人工表面等離極化激兀的定向I禹合器。
技術(shù)介紹
基于表面等離極化激元(Surface Plasmon Polariton)的波導(dǎo)可以傳導(dǎo)與傳統(tǒng)光子電路相同大小帶寬的電磁波，并且不受衍射極限的限制。這使得SPP器件在將來很可能實現(xiàn)光子與電子元器件在納米尺度上的完美結(jié)合，因此廣受學(xué)者關(guān)注。然而自然界的SPP僅存在于光波段，為了在較低頻段(THz、GHz)實現(xiàn)SPP，人們提出了人工表面等離極化激元(Spoof Surface Plasmon Polariton)。SSPP是一種可以人工設(shè)計，通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，改變表面波色散曲線的新型材料。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，SSPP得到了長足的發(fā)展，在器件設(shè)計上有著廣泛的應(yīng)用。定向耦合器是ー種通用的微波/毫米波部件，可用于信號的隔離、分離和混合，如功率的監(jiān)測、源輸出功率穩(wěn)幅、信號源隔離、傳輸和反射的掃頻測試等。主要技術(shù)指標有方向性、駐波比、耦合度、插入損耗。定向耦合器是微波系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種微波器件，它的本質(zhì)是將微波信號按一定的比例進行功率分配。現(xiàn)有的定向耦合器由傳輸線構(gòu)成，同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、帯狀線和微帶線構(gòu)成，所以從結(jié)構(gòu)來看定向耦合器種類繁多，差異很大。但從它的耦合機理來看主要分為四種，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配雙T。傳統(tǒng)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，例如雙線傳輸線、同軸線，當頻率升高到微波段時，傳輸損耗就十分之大。因此，需要一種新的定向耦合器。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于人工表面等離極化激元的定向I禹合器。為實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)基于人工表面等離極化激元的定向耦合器可采用如下技術(shù)方案 一種基于人工表面等離極化激元的定向耦合器，包括輸入端、隔離端、耦合端、直通端和耦合段，所述基于人工表面等離極化激元的定向耦合器為平面結(jié)構(gòu)，所述輸入端、隔離端、耦合端、直通端和耦合段均由平面等離極化激元波導(dǎo)組成，所述平面等離極化激元波導(dǎo)由周期性排列的金屬單元組成，所述金屬単元上均設(shè)置有垂直于所述平面等離極化激元波導(dǎo)長度方向的凹槽，所述凹槽均位于所述周期漸變平面等離極化激元波導(dǎo)的同側(cè)，其中，所述輸入端、隔離端、耦合端和直通端均由單個平面等離極化激元波導(dǎo)組成，所述耦合段由并列設(shè)置的第一平面等離極化激元波導(dǎo)和第二平面等離極化激元波導(dǎo)組成，所述第一平面等離極化激元波導(dǎo)的凹槽和所述第二平面等離極化激元波導(dǎo)凹槽相對設(shè)置，所述輸入端連接所述第一平面等離極化激元波導(dǎo)的一端，所述直通端連接所述第一平面等離極化激元波導(dǎo)的另一端；所述隔離端連接所述第二平面等離極化激元波導(dǎo)的一端，所述耦合端連接所述第二平面等離極化激元波導(dǎo)的另一端，其中，所述輸入端和所述隔離端設(shè)置在所述耦合段的一端，所述耦合端和所述直通端設(shè)置在所述耦合段的另一端。專利技術(shù)原理本專利技術(shù)的基于人工表面等離極化激元的定向耦合器，其単元結(jié)構(gòu)為金屬單元和位于金屬単元上的凹槽結(jié)構(gòu)。當電磁波從輸入端激勵時，入射電磁波會在器件表面形成表面波，經(jīng)過中間耦合段的耦合后，不同波長的電磁波會按不同的比例在直通端和耦合端輸出?？梢允固囟l段內(nèi)不同波長的電磁波在不同端ロ輸出，并且通過等比例放大或縮小尺寸就可以使其工作在任意頻段內(nèi)，具有很高的應(yīng)用價值。與
技術(shù)介紹
相比，本專利技術(shù)提供了一種基于人工表面等離極化激元的定向耦合器可以使特定頻段內(nèi)不同波長的電磁波在不同端ロ輸出，具有很高的應(yīng)用價值。本專利技術(shù)的定向耦合器的工作帶寬大，可以使特定頻段的電磁波從不同的端ロ輸出，并且可以通過等比例放大或縮小尺寸就可以使其工作在任意頻段內(nèi)。本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，為金屬単元和位于金屬単元上的凹槽周期排列組成。相比于其他傳輸線結(jié)構(gòu)，例如導(dǎo)體夾帶介質(zhì)層的帶狀線、微帶線等，結(jié)構(gòu)十分簡單。本專利技術(shù)的傳輸損耗小，電磁波可以傳播幾十個周期結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，例如雙線傳輸線、同軸線，當頻率升高到微波段時，傳輸損耗就十分之大。附圖說明 圖I是本專利技術(shù)定向耦合器的仿真結(jié)構(gòu)示意 圖2是本專利技術(shù)定向耦合器的實物 圖3是本專利技術(shù)定向耦合器金屬単元的主視 圖4是本專利技術(shù)定向耦合器金屬単元的俯視 圖5是本實施例定向耦合器頻率-輸出的ニ維電場仿真關(guān)系圖，其中，(a)8. 8GHz ；(b)9. 6GHz ; (c) 10. 2GHz ； 圖6是本實施例定向耦合器頻率-輸出的仿真擬合曲線。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進ー步闡明本專利技術(shù)，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本專利技術(shù)而不用于限制本專利技術(shù)的范圍，在閱讀了本專利技術(shù)之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本專利技術(shù)的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。請參閱圖I、圖2、圖3和圖4所不，本專利技術(shù)基于人工表面等尚極化激兀的定向I禹合器一種基于人工表面等離極化激元的定向耦合器，包括輸入端I、隔離端2、耦合端3、直通端4和耦合段5?；谌斯け砻娴入x極化激元的定向耦合器為平面結(jié)構(gòu)，其中，輸入端I、隔離端2、耦合端3、直通端4和耦合段5均由平面等離極化激元波導(dǎo)組成。平面等離極化激元波導(dǎo)由周期性排列的金屬単元6組成。本實施例中，金屬単元6的形狀為矩形片。凹槽61位于金屬單元6的中部。凹槽61的寬度和深度均相同。金屬單元6為等離極化激元單元結(jié)構(gòu)。金屬單元6的厚度小于等于0. 02mm。本專利技術(shù)尺寸小,金屬單元6的長度、高度尺寸小于工作波長，厚度遠遠小于工作波長。金屬單元6上均設(shè)置有垂直于平面等離極化激元波導(dǎo)長度方向的凹槽61，凹槽61均位于周期漸變平面等離極化激元波導(dǎo)的同側(cè)。其中，輸入端I、隔離端2、耦合端3和直通端4均由單個平面等離極化激元波導(dǎo)組成。耦合段5由并列設(shè)置的第一平面等離極化激元波導(dǎo)和第二平面等離極化激元波導(dǎo)組成，第一平面等離極化激元波導(dǎo)51的凹槽61和第二平面等離極化激元波導(dǎo)52的凹槽61相對設(shè)置，輸入端I連接第一平面等離極化激元波導(dǎo)51的一端，直通端4連接第一平面等離極化激元波導(dǎo)51的另一端；隔離端2連接第二平面等離極化激元波導(dǎo)52的一端，耦合端3連接第二平面等離極化激元波導(dǎo)52的另一端，其中，輸入端I和隔離端2設(shè)置在耦合段5的一端，耦合端3和直通端4設(shè)置在耦合段5的另一端。其中，第一平面等離極化激元波導(dǎo)51和第二平面等離極化激元波導(dǎo)52的長度相同。當電磁波從輸入端I激勵吋，入射電磁波會在器件表面形成表面波，經(jīng)過中間耦合段5的耦合后，不同波長的電磁波會按不同的比例在直通端4和耦合端3輸出。可以使特定頻段內(nèi)不同波長的電磁波在不同端ロ輸出，并且通過等比例放大或縮小尺寸就可以使其工作在任意頻段內(nèi)。因此具有很高的潛在應(yīng)用價值。請參閱圖5和圖6所不，圖5為定向f禹合器的ニ維電場場強分布圖。其中，a、b和 c分別為輸入端I電磁波的頻率為8. 8GHz,9. 6GHz和10. 2GHz的實驗情形。實驗結(jié)果顯示8. 8GHz的波在耦合端3輸出；9. 6GHz的波在直通端4和耦合端3等比例輸出；10. 2GHz的波在直通端4輸出。該定向耦合器實現(xiàn)了波長選擇輸出的功能。圖6為本實施例的定向耦合器的頻率-輸出關(guān)系曲線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)勢 1、本專利技術(shù)尺寸??； 2、本專利技術(shù)帶寬大，支持的頻段范圍較寬，并且通過等比例放大或縮小尺寸就可以使其工作在任意頻段內(nèi)； 3、本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，為周期金屬凹槽周期排列組成。相本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于人工表面等離極化激元的定向耦合器，包括輸入端（1）、隔離端（2）、耦合端（3）、直通端（4）和耦合段（5），其特征在于，所述基于人工表面等離極化激元的定向耦合器為平面結(jié)構(gòu)，所述輸入端（1）、隔離端（2）、耦合端（3）、直通端（4）和耦合段（5）均由平面等離極化激元波導(dǎo)平面組成，所述平面等離極化激元波導(dǎo)由周期性排列的金屬單元組成，所述金屬單元上均設(shè)置有垂直于所述平面等離極化激元波導(dǎo)長度方向的凹槽，所述凹槽均位于所述平面等離極化激元波導(dǎo)的同側(cè)，其中，所述輸入端（1）、隔離端（2）、耦合端（3）和直通端（4）均由單個平面等離極化激元波導(dǎo)組成，所述耦合段（5）由并列設(shè)置的第一平面等離極化激元波導(dǎo)（51）和第二平面等離極化激元波導(dǎo)（52）組成，所述第一平面等離極化激元波導(dǎo)（51）的凹槽和所述第二平面等離極化激元波導(dǎo)（52）凹槽相對設(shè)置，所述輸入端（1）連接所述第一平面等離極化激元波導(dǎo)（51）的一端，所述直通端（4）連接所述第一平面等離極化激元波導(dǎo)（51）的另一端；所述隔離端（2）連接所述第二平面等離極化激元波導(dǎo)（52）的一端，所述耦合端（3）連接所述第二平面等離極化激元波導(dǎo)（52）的另一端，其中，所述輸入端（1）和所述隔離端（2）設(shè)置在所述耦合段（5）的一端，所述耦合端（3）和所述直通端（4）設(shè)置在所述耦合段（5）的另一端。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：崔鐵軍，沈曉鵬，趙沛，楊艷，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：