CN114221107B - 一种加载表面等离激元结构的介质波导传输线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加载表面等离激元结构的介质波导传输线，包括圆柱形介质，在圆柱形介质圆周表面上设有等离激元结构；等离激元结构包括若干平行且间隔设置的第一金属条带，第一金属条带的方向与圆柱形介质的轴向方向垂直；等离激元结构还包括第二金属条带，第二金属条带沿圆柱形介质的轴向方向横跨各第一金属条带的中央；介质波导传输线在低频以SPPs的工作模式传输。本发明的加载表面等离激元结构介质波导传输线可以实现在低频下的正常传输，结合纯介质圆形波导，达到在0‑20 GHz频率下的整个频段信号传输，实现介质波导加载SPPs结构传输线分频复用的效果。

Description

一种加载表面等离激元结构的介质波导传输线
技术领域
本发明涉及一种介质波导传输线结构。
背景技术
介质波导由于其损耗低、色散小、带宽较宽、兼容性好、柔韧等特性被广泛用于信号传输系统。然而较小尺寸的纯介质圆形波导或介质填充的金属圆波导结构在传输模式下，存在截止频率，均无法实现从低频开始传输，工作频宽受到限制。因此，如何拓宽工作频宽，同时实现低频和高频下的宽频信号传输，拓展工作兼容性，适应不同的传输需求是目前需要解决的问题。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种加载表面等离激元(Surface PlasmonPolaritons, SPPs)结构的介质波导传输线，解决传输线延展低频极限的问题。
技术方案：一种加载表面等离激元结构的介质波导传输线，包括圆柱形介质，在所述圆柱形介质圆周表面上设有等离激元结构；所述等离激元结构包括若干平行且间隔设置的第一金属条带，所述第一金属条带的方向与圆柱形介质的轴向方向垂直；所述等离激元结构还包括第二金属条带，所述第二金属条带沿圆柱形介质的轴向方向横跨各第一金属条带的中央；所述介质波导传输线在低频以SPPs的工作模式传输。
进一步的，在所述圆柱形介质圆周表面上设有若干所述等离激元结构，各等离激元结构沿圆周均匀分布。
进一步的，所述等离激元结构中，所述第二金属条带的两端分别不超出位于两端的第一金属条带。
进一步的，所述圆柱形介质的直径为0.23倍空气波长。
进一步的，所述等离激元结构采用纯铜材料。
进一步的，所述圆柱形介质采用低介电常数的介质材料。
有益效果：本发明的加载表面等离激元结构介质波导传输线可以实现在低频下的正常传输，结合纯介质圆形波导，达到在0-20 GHz频率下的整个频段信号传输，实现介质波导加载SPPs结构传输线分频复用的效果。
附图说明
图1为实施例1的介质波导传输线的结构示意图；
图2为实施例1的介质波导传输线的横截面示意图；
图3为实施例2的介质波导传输线的结构示意图；
图4为损耗仿真图；
图5为传输模式的电场分布图，其中(a)对应低频电场，(b)对应高频电场。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
实施例1
如图1、图2所示，一种加载表面等离激元结构的介质波导传输线，包括圆柱形介质1，在圆柱形介质1圆周表面上设有若干等离激元结构2，各等离激元结构2沿圆周均匀分布。
各等离激元结构2包括若干平行且间隔设置的第一金属条带21，第一金属条带21的方向与圆柱形介质1的轴向方向垂直。等离激元结构2还包括一条第二金属条带22，第二金属条带22沿圆柱形介质1的轴向方向横跨各第一金属条带21的中央。
其中，圆柱形介质1的直径为0.23倍空气波长，且采用低介电常数的介质材料，如聚四氟乙烯，保证整个传输线具有一定的柔韧性。圆柱形介质1材料的损耗角正切小，为低介质损耗提供基础。圆柱形介质1表面的等离激元结构2采用纯铜材料。
该加载表面等离激元结构的介质波导传输线在低频以SPPs的工作模式传输，即电场主要分布在在金属和介质的交界处，且不存在截止频率。
如图4所示，包括了加载SPPs结构介质波导和不加载SPPs结构的介质波导的损耗仿真曲线，该加载SPPs结构介质波导传输线的直径为11.2 mm，工作频段为0-20 GHz。当工作频率为0-10 GHz时，加载SPPs结构介质波导可以正常传输信号，以SPPs传输模式为主，不存在截止频率；当工作频率为10-20 GHz时，主要工作模式为波导模式，与纯介质波导结构相比，传输损耗较高。其中传输模式的电场分布如图5所示，图5的(a)对应工作频率为6G，图5的(b)对应工作频率为16G。由图可知，纯介质波导结合本设计的SPPs结构能够延长低频极限，实现在整个工作频段内的正常信号传输。
需要说明的是，介质圆波导外侧加载的表面等离激元结构可以是单个或多个；表面等离激元结构中金属条带的长度、数量、形状在保证模式传输的条件下可以调整改变。
实施例2
与实施例1的区别仅在于，如图3所示，等离激元结构2中，第二金属条带22的两端分别不超出位于两端的第一金属条带21，即第二金属条带22长度不超过各第一金属条带21的分布宽度。
与实施例1相比，实施例2结构在高频主要以波导模式传输，损耗有所降低，电场主要分布在介质内部。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种加载表面等离激元结构的介质波导传输线，其特征在于，包括圆柱形介质（1），在所述圆柱形介质（1）圆周表面上设有等离激元结构（2）；所述等离激元结构（2）包括若干平行且间隔设置的第一金属条带（21），所述第一金属条带（21）的方向与圆柱形介质（1）的轴向方向垂直；所述等离激元结构（2）还包括第二金属条带（22），所述第二金属条带（22）沿圆柱形介质（1）的轴向方向横跨各第一金属条带（21）的中央；所述介质波导传输线在低频以SPPs的工作模式传输；在所述圆柱形介质（1）圆周表面上设有若干所述等离激元结构（2），各等离激元结构（2）沿圆周均匀分布。
2.根据权利要求1所述的加载表面等离激元结构的介质波导传输线，其特征在于，所述等离激元结构（2）中，所述第二金属条带（22）的两端分别不超出位于两端的第一金属条带（21）。
3.根据权利要求1所述的加载表面等离激元结构的介质波导传输线，其特征在于，所述圆柱形介质（1）的直径为0.23倍空气波长。
4.根据权利要求1所述的加载表面等离激元结构的介质波导传输线，其特征在于，所述等离激元结构（2）采用纯铜材料。
5.根据权利要求1所述的加载表面等离激元结构的介质波导传输线，其特征在于，所述圆柱形介质（1）采用低介电常数的介质材料。
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