CN109462001B - 一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器 - Google Patents

一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器 Download PDF

Info

Publication number
CN109462001B
CN109462001B CN201811292228.7A CN201811292228A CN109462001B CN 109462001 B CN109462001 B CN 109462001B CN 201811292228 A CN201811292228 A CN 201811292228A CN 109462001 B CN109462001 B CN 109462001B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coplanar waveguide
transmission part
holes
waveguide transmission
asymmetric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811292228.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109462001A (zh
Inventor
赵雷
王俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Jiangsu Normal University
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Jiangsu Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT, Jiangsu Normal University filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN201811292228.7A priority Critical patent/CN109462001B/zh
Publication of CN109462001A publication Critical patent/CN109462001A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109462001B publication Critical patent/CN109462001B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion

Abstract

一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，包括共面波导馈电部分(1)、带双排孔的共面波导传输部分(2)和带孔的非对称共面波导传输部分(3)，在带孔的非对称共面波导传输部分(3)中间有一块共用金属地(5)，共面波导馈电部分(1)、带双排孔的共面波导传输部分(2)和带孔的非对称共面波导传输部分(3)都印制在介质基板(4)上。本发明的分波器，通过共面波导的中间金属开孔结构，实现了分波器的小型化；通过在共面波导的中间金属开双排孔结构，实现了高效传输，同时利于分波；通过共面波导的中间金属开孔结构实现分波；通过非对称共面波导作为传输部分来提高隔离度，相比传统的分波器，结构简单，性能优越。

Description

一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器
技术领域
本发明涉及分波器，具体涉及一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器。
背景技术
人工表面等离激元(SSPPs)继承了表面等离激元(SPPs)大部分的有点，例如：场的束缚性和无衍射极限等，同时SSPPs的物理特性可以被轻易的控制通过优化结构的物理参数。因此，许多基于裂缝，孔阵列，电子元器件等的SSPPs结构被提出来应用在微波领域。
目前，经典的SSPPs都是由传统的扩口地共面波导来激励和利用渐变的齿轮状的结构来进行传输。例如：Liu等人在J.Appl.Phys.(vol.116,no.1,Jul.2014,Art.no.013501)上发表的“Multi-channel composite spoof surface plasmonpolaritons propagating along periodically corrugated metallic thin films”，Ma等人在Laser Photon.Rev.(vol.8,no.1,pp.146–151,Jan.2014)上发表的“Broadband andhigh-efficiency conversion from guided waves to spoof surface plasmonpolaritons”和Zhao等人在Sci.Rep.(vol.6,Oct.2016,Art.no.36069)上发表的“Anovelbroadband band-pass filter based on spoof surface plasmon polaritons”。然而，扩口地结构并不利于效率的提升和结构的小型化。
为了实现低损耗和宽带的特性，一些微带线结构和缝隙耦合的结构在一些文献中被提出来。例如：Liao和Zhang等人提出的微带线结构分别在J.Phys.D:Appl.Phys.(vol.47,no.31,Jul.2014,Art.no.315103)和Laser Photon.Rev.(vol.9,no.1,pp.83–90,Jan.2015)上发表，文章名称分别为“Broadband transition between microstrip lineand conformal surface plasmon waveguide”和“Broadband amplification of spoofsurface plasmon polaritons at microwave frequencies”。与此同时，利用在上层槽线末端使用空气空的缝隙耦合激励的方法也被Gao和Xiao等人提出来，并分别发表在Appl.Phys.Lett.(vol.104,no.19.May.2014,Art.no.191603)“An ultra-widebandsurface plasmonic filter in microwave frequency”和J.Appl.Phys.(vol.118,no.23,Dec.2015,Art.no.233112)“Spoof localized surface plasmons and Fano resonancesexcited by flared slot line”上。然而，这些微带线结构和缝隙耦合馈电结构都是双层结构，不利于设计和灵活的集成。
在文献Appl.Phys.Lett.(vol.113,no.7.Aug.2018,Art.no.071101)“An ultra-thin coplanar waveguide filter based on the spoof surface plasmon polaritons”中,Wang等人提出了一种基于标准50欧姆的共面波导的SSPPs结构，该结构利用在共面波导的中间金属打上一系列的圆孔来实现高效，多频带等性能，同时移除了传统的模式转化结构来实现了小型化的特性。
目前，大部分的分波器都是基于提出的扩口地共面波导来激励和利用渐变的齿轮状的结构来设计的，这些设计不利于结构的小型化和效率的提高。如今随着微波技术的快速发展，对分波器带宽、尺寸等要求也不断的提高。现有的分波器的带宽，结构上的小型化等性能都不能满足目前微波领域设计的要求，因此如何设计出满足宽带宽、高效率、小型化等特点的分波器成为目前研究热点和难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带宽、高效率、高隔离度、小型化的基于共面波导与人工表面等离激元(SSPPs)的分波器。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，包括共面波导馈电部分、带双排孔的共面波导传输部分和带孔的非对称共面波导传输部分，在带孔的非对称共面波导传输部分中间有一块共用金属地，共面波导馈电部分、带双排孔的共面波导传输部分和带孔的非对称共面波导传输部分都印制在介质基板上。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述带双排孔的共面波导传输部分的SMA结构馈电内芯接该结构的中间金属地，外芯接两侧地面；所述带孔的非对称共面波导传输部分、SMA接头的内芯接带孔的金属条带，外芯接一侧地。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述共面波导馈电部分和所述带双排孔的共面波导传输部分的中间金属地的宽度都为3mm，中间的缝隙为0.1mm，所述带双排孔的共面波导传输部分中间双排孔的半径为0.7mm，各排圆孔的各圆孔间的间距为2.5mm。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述带孔的非对称共面波导传输部分中间金属地的宽度分别为1.5mm和3mm，中间圆孔的半径为0.7mm，圆孔的间距为2.5mm，所述共用金属地宽度为3.2mm，长度为28mm，所述共用金属地距离所述带孔的非对称共面波导传输部分的缝隙为0.75mm。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述介质基板为F4B，相对介电常数为2.65，损耗正切为0.0015，厚度为0.5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，通过共面波导的中间金属孔实现了分波器的小型化；通过共面波导的中间金属双排孔结构实现了高效传输，同时利于分波；通过共面波导的中间金属孔结构实现分波；通过非对称共面波导作为传输部分来提高隔离度；相比传统的分波器，该结构更为简单，性能更为优越。
附图说明
图1是本发明实施例中的基于共面波导与人工表面等离激元(SSPPs)分波器的结构示意图；
图2是本发明实施例中的基于共面波导与人工表面等离激元(SSPPs)分波器的带孔的共面波导传输部分双孔的SSPPs和带孔的非对称共面波导传输部分单孔的SSPPs的单元结构的仿真色散曲线图；
图3是本发明实施例中的基于共面波导与人工表面等离激元(SSPPs)分波器的仿真S参数图。
具体实施方式：
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明结构、参数所作的修改或替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例
如图1所示，本发明的一种基于共面波导与人工表面等离激元(SSPPs)的分波器，包括共面波导馈电部分1，带孔的共面波导传输部分2，和带孔的非对称共面波导传输部分3，该分波器的所有金属结构都印刷在介质基板4上，带孔的非对称共面波导传输部分3具有共用金属地5。共面波导馈电部分1用来实现50欧姆的馈电信号，并与SMA连接头连接馈电。
带孔的共面波导传输部分2用来实现共面波导准TEM波向SSPPs波(TM波)的转化，将带孔的非对称共面波导传输部分3分成“Y”型用来接收分波的信号。带双排孔的共面波导传输部分2将准TEM波转化为SSPPs波(TM波)，然后将转化后的波通过带孔的非对称共面波导传输部分3来接收，由于TM波支持单导体或者双导体传播，因此将共用的金属地5离带孔的非对称共面波导传输部分3远一点，来提高端口2和端口3的隔离度。带双排孔的共面波导传输部分2通过在共面波导中间金属开足够大的双排孔产生TM波，然后将中间金属地一分为二(端口2和3)，同时也将圆孔缩小两倍来产生分波并支持TM波的传播。该分波器去除了传统SSPPs结构的扩口地馈电结构，实现了小型化。
共面波导馈电部分1和带孔的共面波导传输部分2的中间金属与地的宽度都为3mm，带孔的共面波导传输部分2中间双排圆孔的半径为0.7mm，中间圆孔的间距为2.5mm。带孔的非对称共面波导传输部分3中间金属与地的宽度分别为1.5mm和3mm，中间圆孔的半径为0.7mm，圆孔的间距为2.5mm。共用金属地5宽度为3.2mm，长度为28mm，距离带孔的非对称共面波导传输部分3的缝隙为0.75mm。
介质基板4为F4B，相对介电常数为2.65，损耗正切为0.0015，厚度为0.5mm。
图2所示是共面波导人工表面等离子体激元(SSPPs)的分波器的色散曲线图，单元长度为2.5mm，横坐标表示βd/π，纵坐标代表频率分量，单位为GHz。从图2可以看出，双孔的SSPPs和单孔的SSPPs具有相近的色散曲线关系，其截止频率都在42GHz左右。
图3所示是共面波导与人工表面等离激元(SSPPs)的分波器的色散曲线图，横坐标代表频率分量，单位为GHz，纵坐标代表S参数幅度变量，其单位为dB。从图3可以看出，本发明的分波器，在3GHZ到34GHz频率范围内S参数均小于-10dB，且|S21|和|S31|也符合要求，都在-4dB以内，同时端口2和3也有很好的隔离度，都在15dB以下，表明在此频率范围内，分波器能很好的工作。

Claims (5)

1.一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，其特征在于，包括共面波导馈电部分(1)、带双排孔的共面波导传输部分(2)和带孔的非对称共面波导传输部分(3)，在带孔的非对称共面波导传输部分(3)中间有一块共用金属地(5)，共面波导馈电部分(1)、带双排孔的共面波导传输部分(2)和带孔的非对称共面波导传输部分(3)都印制在介质基板(4)上；带双排孔的共面波导传输部分(2)用来实现共面波导准TEM波向SSPPs波的转化，将带孔的非对称共面波导传输部分(3)分成“Y”型用来接收分波的信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，其特征在于，所述带双排孔的共面波导传输部分(2)的SMA结构馈电内芯接该结构的中间金属地，外芯接两侧地面；所述带孔的非对称共面波导传输部分(3)、SMA接头的内芯接带孔的金属条带，外芯接一侧地。
3.根据权利要求1所述的一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，其特征在于，所述共面波导馈电部分(1)和所述带双排孔的共面波导传输部分(2)的中间金属地的宽度都为3mm，中间的缝隙为0.1mm，所述带双排孔的共面波导传输部分(2)中间双排孔的半径为0.7mm，各排圆孔的各圆孔间的间距为2.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，其特征在于，所述带孔的非对称共面波导传输部分(3)中间金属地的宽度分别为1.5mm和3mm，中间圆孔的半径为0.7mm，圆孔的间距为2.5mm，所述共用金属地(5)宽度为3.2mm，长度为28mm，所述共用金属地(5)距离所述带孔的非对称共面波导传输部分(3)的缝隙为0.75mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，其特征在于，所述介质基板(4)为F4B，相对介电常数为2.65，损耗正切为0.0015，厚度为0.5mm。
CN201811292228.7A 2018-11-01 2018-11-01 一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器 Active CN109462001B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811292228.7A CN109462001B (zh) 2018-11-01 2018-11-01 一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811292228.7A CN109462001B (zh) 2018-11-01 2018-11-01 一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109462001A CN109462001A (zh) 2019-03-12
CN109462001B true CN109462001B (zh) 2021-08-03

Family

ID=65609101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811292228.7A Active CN109462001B (zh) 2018-11-01 2018-11-01 一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109462001B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106505286A (zh) * 2016-11-21 2017-03-15 电子科技大学 一种超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器
CN108598652A (zh) * 2018-07-02 2018-09-28 南京工业职业技术学院 一种基于磁表等离激元的微波功率分配器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106505286A (zh) * 2016-11-21 2017-03-15 电子科技大学 一种超宽带分型结构人工表面等离子激元功分器
CN108598652A (zh) * 2018-07-02 2018-09-28 南京工业职业技术学院 一种基于磁表等离激元的微波功率分配器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"An ultra-thin coplanar waveguide filter based on the spoof surface Plasmon polaritons";Jun Wang 等;《Applied Physics Letters》;20180814;第113卷(第7期);第071101页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109462001A (zh) 2019-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103414030B (zh) 一种宽频带低剖面平板缝隙阵列天线
CN108717992A (zh) 毫米波差分馈电的双极化电磁偶极子天线
CN108336491A (zh) 基于微带巴伦馈电的双频双极化叠层贴片天线及其设计方法
CN103700910B (zh) 一种互补开口谐振环和缺陷地结构半模基片集成波导的双带滤波器
CN104037497B (zh) Ku波段收发共口径多层印制天线
Yang et al. Wideband low-profile substrate integrated waveguide cavity-backed E-shaped patch antenna
CN201503918U (zh) 一种恒定波束的喇叭天线
CN110311214B (zh) 基于单层人工表面等离激元的宽带高隔离度双圆极化天线
CN101217207B (zh) 基片集成波导双模椭圆响应滤波器
CN114335955B (zh) 基于hmsiw-sspp混合模式的不等分带通滤波功分器
CN110739998B (zh) 基于人工表面等离激元的模分复用电路
CN107742767A (zh) 基于双脊台阶结构的鳍线型正交模耦合器
CN101694898A (zh) 直接馈电平面结构双模环形谐振腔带通滤波器
CN114188688B (zh) 一种小型化同轴波导正交模耦合器
CN110429383A (zh) 单输入端口的siw馈电结构以及天线阵列
CN109462001B (zh) 一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器
CN106549203B (zh) 一种耦合微带线到矩形波导的转换电路
CN110943294B (zh) 宽带低剖面双圆极化平板天线
CN100412584C (zh) 基片集成波导准感性窗滤波器
CN109037873B (zh) 一种带过渡结构的模式复合传输线
CN109904604B (zh) 一种天线
CN105140645A (zh) 谐波抑制天线
Jaschke et al. Dual-band stepped-impedance transformer to full-height substrate-integrated waveguide
CN105322260A (zh) 电磁波模变换器
CN107086339B (zh) 一种基于新型缺陷微带结构的超宽带滤波器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 221000 Shanghai Road, Copper Mt. District, Jiangsu, No. 101, No.

Applicant after: Jiangsu Normal University

Address before: 221009 No. 57 Heping Road, Yunlong District, Jiangsu, Xuzhou

Applicant before: Jiangsu Normal University

TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210714

Address after: 221116 No. 1 Tongshan University Road, Xuzhou City, Jiangsu Province

Applicant after: China University of Mining and Technology

Applicant after: Jiangsu Normal University

Address before: No. 101, Shanghai Road, Tongshan District, Xuzhou City, Jiangsu Province

Applicant before: Jiangsu Normal University

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant