CN109742499A - 一种阻带编码可控表面等离激元传输线及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种阻带编码可控表面等离激元传输线及其控制方法，传输线包括介质基板、位于介质基板正面的人工表面等离激元结构和位于介质基板背面的若干射频高阻线，人工表面等离激元结构包括第一金属条带、两个过渡段和若干可编码人工表面等离激元单元，两个过渡段分别位于传输线两端与渐变共面波导结构连接，且过渡段与第一金属条带连接，并对称设置于第一金属条带两边；可编码人工表面等离激元单元位于过渡段之间，并与介质基板背面的射频高阻线一一对应，可编码人工表面等离激元单元带有变容二极管，且分别与第一金属条带和介质基板背面的射频高阻线连接。本发明实现多通道射频信号同步调制功能，最终实现多路信道信息传输功能。
Description
技术领域
本发明涉及射频传输线，特别是涉及一种阻带编码可控表面等离激元传输线。
背景技术
表面等离子体激元为一种表面电磁波模式，分布在金属和介质的分界面处，将电磁能量紧密地束缚在分界面周围很小的区域内，在光波段具有亚波长特性，可以有效地传输和局域光波，在光通信系统中应用广泛。然而，在微波段金属表现出理想电导体特性，在金属和介质分界面不能直接支持表面等离子体激元。因此基于平面金属开槽结构的人工表面等离激元被提出，其色散特性与表面等离子体激元保持一致，为设计平面等离子体器件提供了可能。
近来，可编程超材料和超表面在电磁波的动态操纵方面得到了很大的发展，这给单个设备提供了通过现场编程实现电开关的不同功能的可能性。在太赫兹和微波频率上都报道了用于表面等离激元的动态操纵的一些工作，但是它们中的大多数是简单的可调表面等离激元而不是可编程表面等离激元。例如，通过将环形谐振器靠近表面等离激元波导，环形谐振器的谐振将引入窄的阻带，其中心频率可以通过控制环形谐振器的谐振响应来调谐，但是环形谐振器的强共振将带来传输稳定性差、阻带窄等缺点。
发明内容
发明目的：提供一种阻带编码可控表面等离激元传输线，其阻带数量、阻带位置和阻带带宽可以通过外部直流偏压编码控制。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种阻带编码可控表面等离激元传输线，包括介质基板、位于介质基板正面的人工表面等离激元结构和位于介质基板背面的若干射频高阻线，其中人工表面等离激元结构包括第一金属条带、两个过渡段和若干可编码人工表面等离激元单元，两个过渡段分别位于传输线两端与渐变共面波导结构连接，且过渡段与第一金属条带连接，并对称设置于第一金属条带两边；可编码人工表面等离激元单元位于过渡段之间，并与介质基板背面的射频高阻线一一对应，可编码人工表面等离激元单元带有变容二极管，且分别与第一金属条带和介质基板背面的射频高阻线连接。
可选的，可编码人工表面等离激元单元包括一段上下带有对称环状结构的金属条带，环状结构包括内外嵌套的两个反向开口的金属环，在内外金属环之间连接一个变容二极管，变容二极管的一个电极通过外金属环连接在第一金属条带上，另一个电极通过内金属环和金属通孔连接在介质基板背面的射频高阻线上。
可选的，射频高阻线包括第二金属条带和串联在第二金属条带上的四个高频电感，通过加载在第一金属条带和射频高阻线之间的直流电压控制可编码人工表面等离激元单元中的变容二极管的容值，进而控制表面等离激元传输线的传输阻带。
可选的，可编码人工表面等离激元单元包括三种电场模式，其中模式二的色散曲线的群速度趋于0无法传输，模式一和模式三被有效激发并传输；在模式一和模式三之间存在色散曲线间隙，因此形成了传输阻带；并且，该阻带位置由可编码人工表面等离激元单元上附加的可变电容进行调节。
可选的，可编码人工表面等离激元单元中的变容二极管的变容范围为0.03pF-2.1pF。
可选的，阻带编码可控表面等离激元传输线的阻带调节范围为7.0GHz-9.3GHz。
本发明还提供了一种对阻带编码可控表面等离激元传输线的多模编码控制方法，该方法为：阻带编码可控表面等离激元传输线含有N个可编码人工表面等离激元单元，每个单元产生的传输阻带都能够被独立控制，通过对外加的N个直流电压源进行编码控制，对阻带编码可控表面等离激元传输线的传输特性进行整体控制，实现对于阻带编码可控表面等离激元传输线传输阻带的位置、数量和带宽的灵活调控。
其中，可编码人工表面等离激元单元包括三种电场模式，其中模式二的色散曲线的群速度趋于0无法传输，模式一和模式三被有效激发并传输；在模式一和模式三之间存在色散曲线间隙，因此形成了传输阻带；并且，该阻带位置由可编码人工表面等离激元单元上附加的可变电容进行调节。通过加载在第一金属条带和射频高阻线之间的直流电压控制每个变容二极管的容值，进而整体控制表面等离激元传输线的传输阻带。阻带编码可控表面等离激元传输线的阻带调节范围为7.0GHz-9.3GHz。
有益效果：与现有技术相比，本发明能够灵活调控表面等离激元传输线的阻带数量、阻带位置和阻带带宽，具有调控速度快、调控方式灵活、稳定性高等优点，在多通道信号处理方面具有潜在的应用价值。其阻带可重构的特点可以用于多频点信号时间调制，完成多通道信号传输功能。另外本发明制造简单、操作方便、容易集成，只需要一步光刻过程，不仅节省造价，而且避免了多层结构引发的加工误差。
附图说明
图1是本发明的阻带编码可控表面等离激元传输线的示意图；
图2是表面等离激元单元结构，其中(a)是传统表面等离激元单元结构，(b)是本发明提出的可编码人工表面等离激元单元结构；
图3是本发明的可编码人工表面等离激元单元的色散曲线，(a)模式一和模式三，(b)模式二；
图4是可编码人工表面等离激元传输线的功能验证：(a)阻带频段可调，(b)阻带数量可调，(c)阻带带宽可调；
图5是仿真的双通道逻辑门功能验证图；
图6是可编码人工表面等离激元传输线的实验样品和阻带实验测量结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
图1是所提出的阻带编码可控表面等离激元传输线整体模型，包括介质基板、位于介质基板正面的人工表面等离激元结构和位于介质基板背面的若干射频高阻线，其中人工表面等离激元结构包括第一金属条带2、两个过渡段1和3、以及若干可编码人工表面等离激元单元，两个过渡段分别位于传输线两端与渐变共面波导结构连接，且过渡段与第一金属条带连接，并对称设置于第一金属条带两边；可编码人工表面等离激元单元位于过渡段之间，并与介质基板背面的射频高阻线一一对应，可编码人工表面等离激元单元带有变容二极管，且分别与第一金属条带和介质基板背面的射频高阻线连接。
图1中所示，该传输线含有N个可编码人工表面等离激元单元和N个射频高阻线(V1…VN)，每个射频高阻线由一段金属条带(第二金属条带4)串联四个高频电感构成。每个可编码人工表面等离激元单元产生的传输阻带都可以被独立控制。在第一金属条带和每个射频高阻线之间加载直流电压，通过对外加的N个直流电压源进行编码控制，可以对阻带编码可控表面等离激元传输线的传输特性进行整体控制，实现对于阻带编码可控表面等离激元传输线传输阻带的位置、数量和带宽的灵活调控。其阻带可重构的特点可以用于多频点信号时间调制，完成多通道信号传输功能。
如图2所示，(a)图是传统的表面等离激元单元结构，(b)图是本发明提出的加载了变容二极管的可编码人工表面等离激元单元结构，其包括一段上下带有对称环状结构的金属条带，环状结构包括内外嵌套的两个反向开口的金属环，在内外金属环之间连接一个变容二极管，变容二极管的一个电极通过外金属环连接在第一金属条带上，另一个电极通过内金属环和金属通孔连接在介质基板背面的射频高阻线上。通过加载在第一金属条带和射频高阻线之间的直流电压可以控制每个变容二极管的容值，进而控制表面等离激元传输线的传输阻带。
其中各参数取值为：a＝2.82mm，b＝3.8mm，c＝4mm，d＝4.7mm，e＝2mm，f＝0.2mm，g＝3.24mm，h＝2.7mm，j＝2.1mm，k＝0.28mm，l＝0.56mm，m＝1.41mm，n＝1.97mm。
如图3所示，所提出的可编码表面等离激元单元具有三种工作模式(即三种电场模式)，其中图3(a)所示的模式一和模式三是可以被传播的表面等离激元模式，图3(b)所示的模式二由于群速度(色散曲线的斜率)趋于零，而无法被有效传输，因此下文将不再讨论模式二。从图3(a)可以看出，对于给定容值的表面等离激元单元，模式一和模式三可以被有效激发并传输，在模式一和模式三之间存在传输带隙(即色散曲线间隙)，也就是说在带隙范围内电磁波将无法被传输，因此构成了表面等离激元的传输阻带。并且，可以从图3(a)看出，该传输阻带是可以通过改变负载变容二极管的容值进行调节的。总体来看，随着容值增加，阻带将向高频移动。当变容二极管容值在0.03pF-2.1pF之间时，所述阻带编码可控表面等离激元传输线的阻带调节范围为7.0GHz-9.3GHz。
图4是仿真的几个功能验证，其中横坐标表示传输频率，纵坐标表示色散；图4(a)说明，当所有的变容二极管被相同大小的直流电压控制为相同的容值时，所述可编码表面等离激元传输线可以产生唯一的一个阻带，并且该阻位置带可以由外部电压进行控制。图4(b)说明，阻带数量可以由N个外部电压编码控制，图中给出了阻带数量为2和3时的仿真结果，理论上则可以实现更多的阻带数量。图4(c)说明，阻带带宽可以由N个外部电压编码控制。
图5是仿真的双通道逻辑门功能验证，在频率分别为7.0-7.5GHz和8.0-8.5GHz两个通道范围内，射频信号的通断情况可以通过对外部偏置电压进行编码控制，这个例子形象展示了本发明在多通道信号处理方面的潜在应用。通过将N对变容二极管平均分为4组，前两组控制通道1，后两组控制通道2，每一组加载独立可变的偏置电压用来控制变容二极管的容值。对于通道1中的每一组变容二极管，当外加电压使得变容管容值为0.03pF，所在单元被选通，射频信号可以通过，记为“1”；当外加电压使得变容管容值为2.1pF，所在单元被选通，射频信号被阻断，记为“0”，由此构成了在通道1工作的逻辑门。对于通道2，逻辑门的工作原理和通道1一致，唯一的区别是当外加电压使得变容管容值为0.03pF，所在单元被选通，射频信号可以通过，记为“1”；当外加电压使得变容管容值为0.23pF，所在单元被选通，射频信号被阻断，记为“0”。
图6(a)是制作的样品实物图，为了操作方便，此处选取N＝4。图6(b)-(f)中横坐标表示传输频率，纵坐标表示传输效率，其中，图6(b-d)展示了4对变容二极管容值随着相同外加电压变化时可编码表面等离激元传输线的传输阻带的变化情况。图6(e-f)展示了4对变容二极管容值不同时可编码表面等离激元传输线的传输阻带的带宽和位置的变化情况，显示了所述可编码表面等离激元传输线的灵活性。
本发明通过对变容二极管容值的调整实现人工表面等离激元单元各个模式的变化，进而实现对人工表面等离激元传输线传输频谱的调制；另外，由于本设计中各人工表面等离激元单元可以被独立控制，因此可以通过对于多路电压的不同编码进行人工表面等离激元传输线传输频谱的编码控制，实现多通道射频信号同步调制功能，最终实现多路信道信息传输功能。本发明制造简单、操作方便、容易集成，只需要一步光刻过程，不仅节省造价，而且避免了多层结构引发的加工误差。
Claims (10)
1.一种阻带编码可控表面等离激元传输线，其特征在于：包括介质基板、位于介质基板正面的人工表面等离激元结构和位于介质基板背面的若干射频高阻线，其中人工表面等离激元结构包括第一金属条带、两个过渡段和若干可编码人工表面等离激元单元，两个过渡段分别位于传输线两端与渐变共面波导结构连接，且过渡段与第一金属条带连接，并对称设置于第一金属条带两边；可编码人工表面等离激元单元位于过渡段之间，并与介质基板背面的射频高阻线一一对应，可编码人工表面等离激元单元带有变容二极管，且分别与第一金属条带和介质基板背面的射频高阻线连接。
2.根据权利要求1所述的一种阻带编码可控表面等离激元传输线，其特征在于：可编码人工表面等离激元单元包括一段上下带有对称环状结构的金属条带，环状结构包括内外嵌套的两个反向开口的金属环，在内外金属环之间连接一个变容二极管，变容二极管的一个电极通过外金属环连接在第一金属条带上，另一个电极通过内金属环和金属通孔连接在介质基板背面的射频高阻线上。
3.根据权利要求1所述的一种阻带编码可控表面等离激元传输线，其特征在于：射频高阻线包括第二金属条带和串联在第二金属条带上的四个高频电感，通过加载在第一金属条带和射频高阻线之间的直流电压控制可编码人工表面等离激元单元中的变容二极管的容值，进而控制表面等离激元传输线的传输阻带。
4.根据权利要求1所述的一种阻带编码可控表面等离激元传输线，其特征在于：可编码人工表面等离激元单元包括三种电场模式，其中模式二的色散曲线的群速度趋于0无法传输，模式一和模式三被有效激发并传输；在模式一和模式三之间存在色散曲线间隙，因此形成了传输阻带；并且，该阻带位置由可编码人工表面等离激元单元上附加的可变电容进行调节。
5.根据权利要求1所述的一种阻带编码可控表面等离激元传输线，其特征在于：可编码人工表面等离激元单元中的变容二极管的变容范围为0.03pF-2.1pF。
6.根据权利要求1所述的一种阻带编码可控表面等离激元传输线，其特征在于：阻带编码可控表面等离激元传输线的阻带调节范围为7.0GHz-9.3GHz。
7.一种对阻带编码可控表面等离激元传输线的多模编码控制方法，其特征在于：阻带编码可控表面等离激元传输线含有N个可编码人工表面等离激元单元，每个单元产生的传输阻带都能够被独立控制，通过对外加的N个直流电压源进行编码控制，对阻带编码可控表面等离激元传输线的传输特性进行整体控制，实现对于阻带编码可控表面等离激元传输线传输阻带的位置、数量和带宽的灵活调控。
8.根据权利要求7所述的一种对阻带编码可控表面等离激元传输线的多模编码控制方法，其特征在于：可编码人工表面等离激元单元包括三种电场模式，其中模式二的色散曲线的群速度趋于0无法传输，模式一和模式三被有效激发并传输；在模式一和模式三之间存在色散曲线间隙，因此形成了传输阻带；并且，该阻带位置由可编码人工表面等离激元单元上附加的可变电容进行调节。
9.根据权利要求7所述的一种对阻带编码可控表面等离激元传输线的多模编码控制方法，其特征在于：通过加载在第一金属条带和射频高阻线之间的直流电压控制每个变容二极管的容值，进而整体控制表面等离激元传输线的传输阻带。
10.根据权利要求7所述的一种对阻带编码可控表面等离激元传输线的多模编码控制方法，其特征在于：阻带编码可控表面等离激元传输线的阻带调节范围为7.0GHz-9.3GHz。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110768016A (zh) * | 2019-06-14 | 2020-02-07 | 上海航天电子有限公司 | 两比特超材料周期性时序调制方法、超材料及相控阵天线 |
| CN110890612A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-03-17 | 桂林电子科技大学 | 一种内嵌扇形金属谐振腔mim可调谐等离子体滤波器 |
| CN111370820A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-03 | 厦门大学 | 基于人工表面等离激元的可调带阻滤波器 |
| CN114335938A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 杭州电子科技大学 | 基于人工表面等离激元的小型化可调带通滤波器 |
| CN114639966A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-06-17 | 中国计量大学 | 可编程的人工表面等离激元波调控装置及控制方法 |
| CN115097216A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-09-23 | 广东柏兹电子科技有限公司 | 一种人工表面等离激元传输线的色散曲线测量方法与系统 |
| CN117810658A (zh) * | 2024-03-01 | 2024-04-02 | 中国计量大学 | 面向6g同时实现可重构带通滤波和逻辑非门的微波器件 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106450625A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-22 | 东南大学 | 一种可编程设计的人工表面等离激元波调控装置 |
-
2019
- 2019-01-18 CN CN201910049359.0A patent/CN109742499A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106450625A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-02-22 | 东南大学 | 一种可编程设计的人工表面等离激元波调控装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MENG WANG ET-AL: "《Programmable Controls of Multiple Modes of Spoof Surface Plasmon Polaritons to Reach Reconfigurable Plasmonic Devices》", 《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110768016A (zh) * | 2019-06-14 | 2020-02-07 | 上海航天电子有限公司 | 两比特超材料周期性时序调制方法、超材料及相控阵天线 |
| CN110890612A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-03-17 | 桂林电子科技大学 | 一种内嵌扇形金属谐振腔mim可调谐等离子体滤波器 |
| CN111370820A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-03 | 厦门大学 | 基于人工表面等离激元的可调带阻滤波器 |
| CN111370820B (zh) * | 2020-03-20 | 2021-05-25 | 厦门大学 | 基于人工表面等离激元的可调带阻滤波器 |
| CN114335938A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 杭州电子科技大学 | 基于人工表面等离激元的小型化可调带通滤波器 |
| CN114335938B (zh) * | 2021-12-29 | 2023-02-03 | 杭州电子科技大学 | 基于人工表面等离激元的小型化可调带通滤波器 |
| CN114639966A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-06-17 | 中国计量大学 | 可编程的人工表面等离激元波调控装置及控制方法 |
| CN115097216A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-09-23 | 广东柏兹电子科技有限公司 | 一种人工表面等离激元传输线的色散曲线测量方法与系统 |
| CN117810658A (zh) * | 2024-03-01 | 2024-04-02 | 中国计量大学 | 面向6g同时实现可重构带通滤波和逻辑非门的微波器件 |
| CN117810658B (zh) * | 2024-03-01 | 2024-04-30 | 中国计量大学 | 面向6g同时实现可重构带通滤波和逻辑非门的微波器件 |
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