CN110380221A - 具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线及传输网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线及传输网络，包括位于介质板上表面的皱褶状上层导体和位于介质板下表面的皱褶状下层导体；上层导体和下层导体包括微带激励端口、模式过渡结构、人工表面等离激元传输结构；上层导体和下层导体由周期性排列的金属单元组成；金属单元上设置有垂直于所述人工表面等离激元传输线长度方向的凹槽，上层导体和下层导体上凹槽开槽方向相反，且沿纵向错位半个金属单元周期长度。本发明可以通过改变金属凹槽深度、凹槽宽度、单元周期等参数来改变工作频段，适用于微波、毫米波和太赫兹波等不同波段；在不改变电路尺寸和布线的情况下，满足已成型电路的低串扰需求。

Description

具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线及传输网络
技术领域
本发明具体涉及一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线及传输网络，可用于通信、数据传输和集成电路等领域。
背景技术
表面等离激元(表面波)不受衍射极限的限制，因而可用于构造小型化电路，在表面技术和通信技术等方面有重要应用。通过采用具有亚波长周期开槽结构的皱褶状导体条带构成传输线，可在不同频段实现人工表面等离激元波的高效传输。人工表面等离激元传输线相比于微带线对电磁波具有更好的束缚能力以及更灵活的色散特性。
另一方面，对于自然界晶体以及人工材料而言，当均匀周期结构不仅仅是简单的周期延拓或镜像对称，而且存在滑移、螺旋轴操作等较为复杂的对称形式时，该结构就具有高对称性。具有高对称性的人工周期结构，其布里渊区会发生折叠、平移等变化，边界禁带可消除，可在较大范围内调控电磁波传播的速度和模式等特性。包括滑移对称在内的高对称性，可以为微波电路和天线设计提供新途径。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对小型化电路需求，提供一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线及传输网络，实现亚波长线间距条件下的低串扰传输。
技术方案：本发明提出了一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线，包括位于介质板上表面的皱褶状上层导体和位于介质板下表面的皱褶状下层导体；所述上层导体和下层导体均包括微带激励端口、模式过渡结构、人工表面等离激元传输结构；所述上层导体和下层导体由周期性排列的金属单元组成；所述金属单元上设置有垂直于所述人工表面等离激元传输线长度方向的凹槽，所述上层导体和下层导体上凹槽开槽方向相反，且沿纵向错位半个金属单元周期长度。
其中人工表面等离激元传输结构包括弯曲传输结构和直线传输结构。
其中金属单元的形状为开槽矩形。
其中凹槽深度大于零小于上层导体宽度；凹槽宽度大于零小于金属单元周期长度。
本发明还提供一种含有滑移对称人工表面等离激元传输线的传输网络，包括具有滑移对称特性的人工表面等离激元双导体传输线和非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线，且具有滑移对称特性的人工表面等离激元双导体传输线和非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线平行排列。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：1、有效降低了密集排布的人工表面等离激元传输线线间串扰；2、简单有效，在不改变电路尺寸和布线的情况下，可替换非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线，满足对已成型电路降低串扰的需求；3、可以用在微波、毫米波和太赫兹波等不同波段。
附图说明
图1为含有滑移对称人工表面等离激元双导体传输线的传输网络结构正面示意图；
图2为含有滑移对称人工表面等离激元双导体传输线的传输网络结构反面示意图；
图3为非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线金属单元结构示意图；
图4为滑移对称人工表面等离激元双导体传输线金属单元结构示意图；
图5为非滑移对称人工表面等离激元结构和滑移对称人工表面等离激元结构色散特性示意图；
图6为非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线工作在模式1时的电场分布图；
图7为非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线工作在模式2时的电场分布图；
图8为滑移对称人工表面等离激元双导体传输线工作在模式1时的电场分布图；
图9为滑移对称人工表面等离激元双导体传输线工作在模式2时的电场分布图；
图10为本发明端口1的反射系数S11仿真结果图；
图11为端口1与端口2之间的传输系数S21仿真结果图；
图12为端口1与端口3之间的传输系数S31仿真结果图；
图13为端口1与端口4之间的传输系数S41仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提出一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元双导体传输线，由位于介质板上表面的皱褶状上层导体(11)和位于介质板下表面的皱褶状下层导体(12)构成，上层导体(11)和下层导体(12)都包括微带激励端口(13)、模式过渡结构(14)、弯曲传输结构(15)、直线传输结构(16)；其中上层导体(11)和下层导体(12)由周期性排列的金属单元组成；金属单元上设置有垂直于所述人工表面等离激元传输线长度方向的凹槽，上层导体(11)和下层导体(12)上凹槽开槽方向相反，且沿纵向错位半个金属单元周期长度。凹槽深度大于零小于上层导体宽度；凹槽宽度大于零小于金属单元周期长度。通过模式过渡结构(14)，上层导体逐渐变宽，下层金属地逐渐变窄，直至上层和下层金属条带宽度渐变达到一致，继而凹槽深度从零渐变为均匀槽深，微带线上传播的准TEM波转化为人工表面等离激元波模式。介质板采用两面覆铜的方式制作而成。
通过改变金属凹槽深度、凹槽宽度、单元周期等参数，可改变其所适用的频段。因此该传输线可以用在微波、毫米波和太赫兹波等不同波段。在不改变电路尺寸和布线的情况下，可替换非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线，满足对已成型电路降低串扰的需求
如图1和图2所示，本发明还公开一种含有滑移对称人工表面等离激元双导体传输线的传输网络，包括具有滑移对称特性的人工表面等离激元双导体传输线(1)和非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线(2)，且平行排列，滑移对称人工表面等离激元双导体传输线由上层导体(11)和下层导体(12)构成，非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线由上层导体(21)和下层导体(22)构成。非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线(2)也包括微带激励端口(23)、模式过渡段(24)、弯曲传输段(25)和直线传输段(26)。滑移对称人工表面等离激元双导体传输线(1)和非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线(2)的直线传输段之间距离在亚波长尺度。本发明是一种新型人工表面等离激元双导体传输线，其特性在于构成传输线的两个导体上单元排列具有滑移对称特性。不具有滑移对称性的传输线其介质板两侧的金属单元开槽中线在同一垂直面，如图3所示，而具有滑移特性的传输线其介质板两侧的金属单元开槽中线沿纵向相差半个金属单元周期，如图4所示，图中金属线宽h、凹槽深度d、凹槽宽度a、单元周期p、上下层导体纵向错位参数gl；介质板两侧的金属槽深度均相同。
具有滑移对称特性的人工表面等离激元双导体传输线(1)和非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线(2)共同构成一个双通道传输网络。通过弯曲传输结构(15)和(25)，两条传输线之间距离减小至亚波长尺度。弯曲传输结构(15)和(25)均由两段圆弧形传输线构成。多条滑移对称人工表面等离激元双导体传输线和非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线相间排列，可构成亚波长线间距的高隔离低串扰多通道传输网络。
参见图5，可以看到，滑移对称人工表面等离激元结构对比于非滑移对称人工表面等离激元结构，其色散特性发生改变。由于上下两层金属导体之间引入了半周期滑移，消除了传输线主模(模式1)和最低高次模(模式2)之间原有的禁带，实现了模式合并，提高了主模的截止频率，拓展了工作带宽。
参见图6至图9，可以看到，非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线上传播的表面波模式与具有半周期滑移对称特性的人工表面等离激元双导体传输线上传播的表面波模式不同。在半周期滑移对称人工表面等离激元双导体传输线上，模式1和模式2合并，具有相同的电场分布。由于传播模式不同，滑移对称人工表面等离激元双导体传输线难以被非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线上传播的表面波激励。因此将滑移对称人工表面等离激元双导体传输线和非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线相邻排列，可降低传输线邻间耦合。
参见图10至图13，将图1、图2中滑移对称人工表面等离激元双导体传输线的1端口作为激励端口，计算两条传输线组成的四端口网络的散射参数。当两条传输线间距分别为0.6mm、2mm和5mm时，可以看到，滑移对称人工表面等离激元双导体传输线与非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线之间的耦合远小于等间距的两条非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线之间的耦合。因此，本发明可以在不改变电路尺寸和布线的情况下，部分替换非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线，满足小型化电路的低串扰需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线，其特征在于，包括位于介质板上表面的皱褶状上层导体(11)和位于介质板下表面的皱褶状下层导体(12)；所述上层导体(11)和下层导体(12)均包括微带激励端口(13)、模式过渡结构(14)、人工表面等离激元传输结构；所述上层导体(11)和下层导体(12)由周期性排列的金属单元组成；所述金属单元上设置有垂直于所述人工表面等离激元传输线长度方向的凹槽，所述上层导体(11)和下层导体(12)上凹槽开槽方向相反，且沿纵向错位半个金属单元周期长度。
2.根据权利要求1所述的一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线，其特征在于，所述人工表面等离激元传输结构包括弯曲传输结构(15)和直线传输结构(16)。
3.根据权利要求1所述的一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线，其特征在于，所述金属单元的形状为开槽矩形。
4.根据权利要求1所述的一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线，其特征在于，所述凹槽深度大于零小于上层导体宽度。
5.根据权利要求1所述的一种具有滑移对称特性的人工表面等离激元传输线，其特征在于，所述凹槽宽度大于零小于金属单元周期长度。
6.一种含有如权利要求1所述的滑移对称人工表面等离激元传输线的传输网络，其特征在于，包括具有滑移对称特性的人工表面等离激元双导体传输线(1)和非滑移对称人工表面等离激元双导体传输线(2)，所述传输线(1)和传输线(2)平行排列。
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