一種基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器。它包括介質(zhì)板和介質(zhì)板上的金屬貼片，所述金屬貼片上有刻蝕的凹槽構(gòu)成多路分波器，該多路分波器由多個(gè)波導(dǎo)分支組成，由介質(zhì)板上金屬-絕緣體-金屬（MIM）結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該MIM結(jié)構(gòu)由兩片內(nèi)側(cè)刻蝕有周期凹槽的金屬光柵和凹槽中間的絕緣體構(gòu)成，凹槽中是空氣或絕緣體介質(zhì)，每個(gè)波導(dǎo)分支的MIM結(jié)構(gòu)中的凹槽深度和/或者寬度不同，使不同分支對(duì)不同頻率的電磁波的束縛程度不同，從而引導(dǎo)不同頻率的電磁波沿著不同分支傳播，以實(shí)現(xiàn)多路分波的功能。
【專利說(shuō)明】
一種基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器，該多路分波器可用于通信領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)微波段、毫米波段或太赫茲波段的分波功能。

【背景技術(shù)】
[0002]表面等離激元是束縛于金屬與介質(zhì)表面的電磁波，不受光學(xué)衍射極限的限制，因而可用于構(gòu)造緊湊小型化元件，在表面或界面技術(shù)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面具有重要應(yīng)用，已形成表面等離子學(xué)。通過(guò)在理想導(dǎo)體表面加工周期微結(jié)構(gòu)(其特征尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng))形成的人工電磁結(jié)構(gòu)能夠支持仿表面等離激元的傳播。利用人工電磁結(jié)構(gòu)能夠更方便地操縱電磁波的傳播，實(shí)現(xiàn)多種新型功能器件。目前已提出的基于仿表面等離激元的分波器結(jié)構(gòu)是純金屬結(jié)構(gòu)，且金屬的厚度一般近似為無(wú)限大，不利于與其它平面有源器件集成。本發(fā)明提出一種便于與平面有源器件集成的支持仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器，其結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工，且性能良好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器。該多路分波器可工作于微波段、毫米波段和太赫茲波段。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:本發(fā)明提出的多路分波器由多個(gè)波導(dǎo)分支組成，每個(gè)波導(dǎo)分支由介質(zhì)板上MM結(jié)構(gòu)組成，該MIM結(jié)構(gòu)由兩片內(nèi)側(cè)刻蝕有周期凹槽的金屬光柵結(jié)構(gòu)和中間的絕緣體(可以是空氣或其他介質(zhì))構(gòu)成，該分波器每個(gè)波導(dǎo)分支MM結(jié)構(gòu)中的金屬光柵凹槽深度或者寬度等參數(shù)不同，使不同分支對(duì)不同頻率的電磁波的束縛程度不同，從而引導(dǎo)不同頻率的電磁波沿著不同分支傳播，以實(shí)現(xiàn)多路分波的功能。該分波器采用CPW作為饋源來(lái)激發(fā)介質(zhì)板上MM結(jié)構(gòu)中的仿表面等離激元；為改善低頻時(shí)各波導(dǎo)分支之間的隔離度，部分波導(dǎo)分支前需要引入特別設(shè)計(jì)的帶阻濾波器。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器，包括介質(zhì)板和介質(zhì)板上的金屬貼片，其特征在于:該金屬貼片上有刻蝕的凹槽構(gòu)成的多路分波器，該多路分波器由多個(gè)波導(dǎo)分支(3、4、5、6)組成，而分支由介質(zhì)板(12)上金屬-絕緣體-金屬(metal-1nsulator-metal, MIM)結(jié)構(gòu),該MIM結(jié)構(gòu)由兩片內(nèi)側(cè)刻蝕有周期凹槽的金屬光柵和中間的絕緣體(可以使空氣或絕緣介質(zhì))構(gòu)成，每個(gè)波導(dǎo)分支MIM結(jié)構(gòu)中的凹槽深度或者寬度等參數(shù)不同，使不同分支對(duì)不同頻率的電磁波的束縛程度不同，從而引導(dǎo)不同頻率的電磁波沿著不同分支傳播，以實(shí)現(xiàn)多路分波的功能。使用共面波導(dǎo)作為激勵(lì)源來(lái)激發(fā)介質(zhì)板上MM結(jié)構(gòu)中的仿表面等離激元；為改善低頻時(shí)各波導(dǎo)分支之間的隔離度，部分波導(dǎo)分支前需要引入特別設(shè)計(jì)的帶阻濾波器。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)
I K
少: 本發(fā)明中介質(zhì)板上M頂結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)，通過(guò)引入帶阻濾波器能充分改善各個(gè)波導(dǎo)分支間的隔離度，加工工藝與現(xiàn)在成熟的印刷電路板(PCB)技術(shù)兼容，可以很容易地集成到平面電路中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明提出的基于仿表面等離激元的多路分波器結(jié)構(gòu)示意圖(俯視圖)。
[0008]圖2是圖1的前視圖。
[0009]圖3是一個(gè)波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖4是帶阻濾波器具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖5是帶阻濾波器透射系數(shù)S21 (圖3中端口 2到端口 I的透射系數(shù))圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白理解，下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0013]實(shí)施例一:
參見(jiàn)圖1-4，本基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器，它包括介質(zhì)板(12)和介質(zhì)板上的金屬貼片(13)，其特征在于:所述金屬貼片(13)上有刻蝕的凹槽構(gòu)成多路分波器，該多路分波器由多個(gè)波導(dǎo)分支(3、4、5、6)組成，由介質(zhì)板(12)上金屬-絕緣體-金屬M(fèi)IM結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該MM結(jié)構(gòu)由兩片內(nèi)側(cè)刻蝕有周期凹槽的金屬光柵(2)和凹槽中間的絕緣體(10)構(gòu)成，凹槽中是空氣或絕緣體介質(zhì)，每個(gè)波導(dǎo)分支的MIM結(jié)構(gòu)中的凹槽(11)深度和/或者寬度不同，使不同分支對(duì)不同頻率的電磁波的束縛程度不同，從而引導(dǎo)不同頻率的電磁波沿著不同分支傳播，以實(shí)現(xiàn)多路分波的功能。
[0014]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于如下:
所述波導(dǎo)分支(3、4、5、6)在金屬貼片(2)上刻蝕周期凹槽的形狀是:一條橫向直凹槽與多條垂直等距分布的等深度等寬度的縱向直凹槽垂直相交構(gòu)成。采用共面波導(dǎo)(I)作為饋源來(lái)激發(fā)介質(zhì)板(12 )上MM結(jié)構(gòu)中的仿表面等離激元；該共面波導(dǎo)(I)是所述兩片刻蝕有周期凹槽的金屬光柵(2)之間的一條金屬貼片。為改善低頻時(shí)各波導(dǎo)分支之間的隔離度，部分波導(dǎo)分支(4、5、6)前引入帶阻濾波器(7、8、9)，該帶阻濾波器(7、8、9)是與波導(dǎo)分支(4、5、6)相連的金屬貼片(13)上的凹槽,其橫向凹槽與波導(dǎo)分支的橫向凹槽相連通,而縱向凹槽為長(zhǎng)短相間等距分布的等寬度凹槽。
[0015]實(shí)施例三:
參見(jiàn)圖1和2，本基于仿表面等離激元的平面緊湊多路分波器(本實(shí)施例為四路)，是通過(guò)在介質(zhì)板(12)的金屬貼片(13)上加工不同幾何尺寸的金屬光柵MM結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，利用共面波導(dǎo)(I)作為饋源來(lái)激發(fā)MIM結(jié)構(gòu)中的仿表面等離激元，通過(guò)在部分波導(dǎo)分支(4、5、6)前端引入帶阻濾波器(7、8、9)來(lái)改善低頻時(shí)各分支之間的隔離度。這種平面結(jié)構(gòu)便于與平面有源器件集成，圖1和圖2給出的實(shí)施例是四路分波器，超過(guò)四路也是可以的。圖3給出了一個(gè)波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu)。圖中介質(zhì)基板厚度為4介質(zhì)板上層金屬光柵厚度為?、、金屬凹槽寬度和周期分為和Λ、凹槽深度A (每個(gè)分支的凹槽深度是不同的)、空氣縫寬度^ (I)為共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用它作為饋源來(lái)激發(fā)MM結(jié)構(gòu)中的仿表面等離激元。
[0016]參見(jiàn)圖4和5，本基于仿表面等離激元的多路分波器部分分支前端的帶阻濾波器結(jié)構(gòu)如圖4所示，由具有兩種凹槽深度的復(fù)合周期結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中較淺和較深的凹槽深度分別為弋和A2，復(fù)合結(jié)構(gòu)的周期為/V每個(gè)分支前端的濾波器的弋和力2是不同的，其余參數(shù)一樣。它采用復(fù)合周期性金屬光柵結(jié)構(gòu)組成，其中每個(gè)分支前端濾波器的么和A2是不相同的。通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)弋和A2的值，可以使需要的頻率的電磁波通過(guò)指定的波導(dǎo)分支，同時(shí)濾除掉不需要的電磁波，從而改善分支之間隔離度。圖4為該種結(jié)構(gòu)的帶阻濾波器在不同hx和力2的情況下的透射系數(shù)S21圖，三種弋和力2組合的情況下會(huì)分別產(chǎn)生三個(gè)通頻帶，可以允許需要頻率的電磁波通過(guò)。從圖中可以看出該結(jié)構(gòu)具有帶阻濾波器的功能，可以只讓需要頻率的電磁波通過(guò)。
[0017]本實(shí)施例中支持仿表面等離激元傳播的金屬光柵結(jié)構(gòu)根據(jù)工作頻段不同，可采用不同加工工藝加以實(shí)現(xiàn)，例如PCB工藝、電火花線切割技術(shù)或者光刻工藝等。
[0018]本實(shí)施例中，首先通過(guò)電磁仿真工具分析介質(zhì)板上MM結(jié)構(gòu)的色散曲線，通過(guò)控制有限厚度金屬光柵結(jié)構(gòu)的表面凹槽深度的不同，來(lái)改變每個(gè)分支對(duì)不同頻率電磁波的束縛能力，從而使不同頻率的電磁波可以沿著不同的分支傳播以實(shí)現(xiàn)多路分波的功能。
[0019]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器，它包括介質(zhì)板(12)和介質(zhì)板上的金屬貼片(13)，其特征在于:所述金屬貼片(13)上有刻蝕的凹槽構(gòu)成多路分波器，該多路分波器由多個(gè)波導(dǎo)分支(3、4、5、6)組成，由介質(zhì)板(12)上金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該M頂結(jié)構(gòu)由兩片內(nèi)側(cè)刻蝕有周期凹槽的金屬光柵(2)和凹槽中間的絕緣體(10)構(gòu)成，凹槽中間是空氣或絕緣體介質(zhì)，每個(gè)波導(dǎo)分支的MIM結(jié)構(gòu)中的凹槽(11)深度和/或者寬度不同，使不同分支對(duì)不同頻率的電磁波的束縛程度不同，從而引導(dǎo)不同頻率的電磁波沿著不同分支傳播，以實(shí)現(xiàn)多路分波的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器，其特征在于:所述波導(dǎo)分支(3、4、5、6)在金屬貼片(13)上刻蝕周期凹槽的形狀是:一條橫向直凹槽與多條垂直等距分布的等深度等寬度的縱向直凹槽垂直相交構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器，其特征在于:采用共面波導(dǎo)(I)作為饋源來(lái)激發(fā)介質(zhì)板(12)上MM結(jié)構(gòu)中的仿表面等離激元；該共面波導(dǎo)(I)是所述兩片刻蝕有周期凹槽的金屬光柵(2)之間的一條金屬貼片。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的基于仿表面等離激元的平面緊湊型多路分波器，其特征在于:為改善低頻時(shí)各波導(dǎo)分支之間的隔離度，部分波導(dǎo)分支(4、5、6)前引入帶阻濾波器(7、8、9)，該帶阻濾波器(7、8、9)是與波導(dǎo)分支(4、5、6)相連的金屬貼片(13)上的凹槽，其橫向凹槽與波導(dǎo)分支的橫向凹槽相連通，而縱向凹槽為長(zhǎng)短相間等距分布的等寬度凹槽。
【文檔編號(hào)】H01P1/213GK104269594SQ201410492433
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】周永金 申請(qǐng)人:上海大學(xué)