CN106505286A - 一种超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通信技术领域，提供一种超宽带分型结构的人工表面等离子激元功分器，用以克服现有技术的宽带窄、功耗大的缺陷；本发明包括介质基板，以及印制在介质基板上的共面波导馈线、表面等离子激元传输线、转换器、90度弯曲波导；其特征在于，共面波导馈线包括一个输入共面波导馈线和两个输出共面波导馈线，输入共面波导馈线通过转换器连接表面等离子激元传输线，表面等离子激元传输线分别通过90度弯曲波导连接输出共面波导馈线；所述表面等离子激元传输线、转换器及90度弯曲波导均为分型结构。本发明具有结构对称、宽频带、幅度平衡度优异、结构简单，易于加工的特点。

Description

一种超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种超宽带分型结构的人工表面等离子激元功分器。
背景技术
功率分配器(Power Divider，简称功分器)是现代微波通信系统中的关键部件之一，它常常用于天线馈电网络，混频器，平衡放大器，功率合成等等。传统的威尔金森(Wilkinson)功分器工作带宽窄，而且只在中心频率附近才有较好的性能。
表面等离子激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是通过外部电磁场激发引起的金属中电荷密度涨落，产生集体振荡，辐射出的一种电磁波，它的特征是被限制于金属表面传播，属于表面波。由于金属的等离子频率一般都在紫外波段，在微波频段金属近似为理想导体，电磁波难以渗透。为了克服上述问题，人们提出了人工表面等离子激元(SpoofSurface Plas mon Polaritons,SSPPs)，它是通过在金属表面上周期性刻槽或开孔等方式，降低金属的等离子频率，改变表面波色散特性，从而使电磁波高效传输。
在现有技术中，传统的威尔金森功分器带宽窄，褶皱型的人工表面等离子激元结构实现的功分器损耗大，这些缺陷均导致现有功分器在实际的微波超宽带高效传输系统中的受到极大限制；基于此，本发明提供了一种超宽带分型结构的表面等离子激元功分器。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的宽带窄、功耗大的缺陷，提供一种超宽带分型结构的人工表面等离子激元功分器；本发明超宽带分型结构的人工表面等离子激元功分器具有结构对称、宽频带、幅度平衡度优异的特点，且结构简单、易于加工。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器，包括：介质基板6，以及印制在介质基板上的共面波导馈线、表面等离子激元传输线5、转换器4、90度弯曲波导6；其特征在于，所述共面波导馈线包括一个输入共面波导馈线1和两个输出共面波导馈线2、3，所述输入共面波导馈线1通过转换器4连接表面等离子激元传输线5，所述表面等离子激元传输线5分别通过90度弯曲波导6连接输出共面波导馈线3；所述表面等离子激元传输线、转换器及90度弯曲波导均为分型结构。
进一步的，所述表面等离子激元传输线5由周期排列的金属单元组成，金属单元内部挖有矩形槽，且按2次迭代进行分型挖槽。
进一步地，所述转换器4由线性渐变过渡结构401、阶梯分型结构402、四分之一椭圆403以及直角梯形404组成,线性渐变过渡结构401与阶梯分型结构402级联，四分之一椭圆403上下对称分布于阶梯分型结构上下两侧。
进一步的，所述90度弯曲波导6由由一段四分之一分型结构的圆环组成。
进一步地，所述功分器印制于所述介质基板上，整个结构上下对称，所述介质基板下表面全部为金属层作为接地板。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
本发明提供一种超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器，具有结构对称、宽频带、幅度平衡度优异、结构简单，易于加工的特点，同时，通过适当等比例放大或缩小尺寸就能够实现功分器工作频率的变化，本发明为平面结构，有利于与其他电路器件集成。
附图说明
图1为本发明超宽带分型结构的人工表面等离子激元功分器的结构示意图。
图2为实施例超宽带分型结构的人工表面等离子激元功分器的仿真参数曲线。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，应当理解实施例仅供参考和说明使用，而不构成对本发明专利保护范围的限制。
如图1所示为本实施例提供一种超宽带分型结构的人工表面等离子激元功分器的结构示意图，包括：介质基板(6)，以及印制在介质基板上的共面波导馈线、表面等离子激元传输线(5)、转换器(4)、90度弯曲波导(6)；其特征在于，所述共面波导馈线包括一个输入共面波导馈线(1)和两个输出共面波导馈线(2、3)，所述输入共面波导馈线(1)通过转换器(4)连接表面等离子激元传输线(5)，所述表面等离子激元传输线(5)分别通过90度弯曲波导(6)连接输出共面波导馈线(2、3)。
本实施例中，介质基板(6)长为La＝83.3mm，宽为Lb＝110.3mm；共面波导馈线(1)、(2)和(3)的特性阻抗为50欧姆，其中心导体(101)线宽位W0＝1mm，间隙为g0＝0.3m m；共面波导馈线(1)为输入端，共面波导馈线(2)和(3)为输出端；周期性分型表面等离子激元传输线(5)由周期排列的金属单元组成，单元的周期为P＝3.3mm，高度为2H＝11mm，金属内部挖有矩形槽，且按2次迭代进行分型挖槽。
本实施例中，为了实现共面波导馈线(1)、(2)和(3)到周期性分型表面等离子激元传输线(5)的动量匹配和阻抗匹配，采用了由一段线性渐变过渡结构(401)、阶梯分型结构(402)、四分之一椭圆(403)以及直角梯形(404)组成的转换器(4)进行过渡，提高电磁波的转换效率，其中四分之一椭圆(403)的长半轴为L2，短半轴为L3，直角梯形(404)的高为L1。
本实施例中，为了将电磁波信号等功率分配成两路，使用了两段90度分型结构弯曲波导(6)，它由一段四分之一分型结构的圆环组成，其内半径为R0＝5.5mm，外半径为R0+H＝11mm。
本实施例中，所述的一种超宽带分型结构的人工表面等离子激元功分器，其特征在于：所述功分器印制于所述介质基板上，整个结构上下对称，所述介质基板下表面全部为金属层作为接地板。
对上述超宽带分型结构的人工表面等离子激元功分器进行仿真，其仿真结果如图2所示，图中给出了微波频段2-12GHz的仿真参数曲线，包括：反射系数S11，输入共面波导馈线1到输出共面波导馈线2的传输系数S21，输入共面波导馈线1到输出共面波导馈线3的传输系数S31；从图中的仿真参数曲线可以看出，本发明具有宽频带、幅度平衡度优异及低反射的特点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (5)

1.一种超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器，包括：介质基板(6)，以及印制在介质基板上的共面波导馈线、表面等离子激元传输线(5)、转换器(4)、90度弯曲波导(6)；其特征在于，所述共面波导馈线包括一个输入共面波导馈线(1)和两个输出共面波导馈线(2、3)，所述输入共面波导馈线(1)通过转换器(4)连接表面等离子激元传输线(5)，所述表面等离子激元传输线(5)分别通过90度弯曲波导(6)连接输出共面波导馈线(2、3)；所述表面等离子激元传输线、转换器及90度弯曲波导均为分型结构。
2.按权利要求1所述超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器，其特征在于，所述表面等离子激元传输线由周期排列的金属单元组成，金属单元内部挖有矩形槽，且按2次迭代进行分型挖槽。
3.按权利要求1所述超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器，其特征在于，所述转换器由线性渐变过渡结构(401)、阶梯分型结构(402)、四分之一椭圆(403)以及直角梯形(404)组成,线性渐变过渡结构(401)与阶梯分型结构(402)级联，四分之一椭圆(403)上下对称分布于阶梯分型结构上下两侧。
4.按权利要求1所述超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器，其特征在于，所述90度弯曲波导由一段四分之一分型结构的圆环组成。
5.按权利要求1至4任一所述超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器，其特征在于，所述功分器印制于所述介质基板上，整个结构上下对称，所述介质基板下表面全部为金属层作为接地板。
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