[发明专利]多方向表面波分波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种多方向表面波分波器，尤其涉及一种基于圆柱线波导的多方向表面波分波器天线，可用于通信领域，以实现微波段或太赫兹波段波分多工器等功能。

背景技术

人工表面等离子激元(表面波)不受衍射极限的限制，因而可用于构造紧凑元件，在表面或界面技术以及数据存储等方面有重要应用。通常采用的人工表面等离子激元耦合结构包括棱镜、缝隙和金属光栅等。对于棱镜和光栅结构，入射波本身是很大的噪声源。尽管从光/电尺寸厚的金属膜上的亚波长缝隙背面入射能够消除这种问题，但控制和操纵自由空间太赫兹波束的传播需要熟练的经验并且要求样品要在直视线范围内，同时需要人工磁壁来支持横磁(TM)波传播。我们提出了一种简单有效的通过圆柱线波导来激发表面刻有凹槽的金属平板上的人工表面等离子激元的方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种多方向表面波分波器，该多方向表面波分波器可工作于微波段和太赫兹波段。通过控制金属光栅结构的表面凹槽深度、表面凹槽宽度、表面凹槽的周期性和金属平板的厚度来改变金属表面的色散曲线，设计满足工作频段的金属光栅结构。用支持表面波传播的圆柱线波导来激励金属光栅结构上的表面波。

技术方案：

一种多方向表面波分波器，包括圆柱线波导和多个表面刻有凹槽的金属平板，各个金属平板的一端连接于圆柱线波导，环绕在圆柱线波导周围，通过圆柱线波导来激发表面刻有凹槽的金属平板上的表面波；各个金属平板作为分波器的各个分支，其上的凹槽参数不同；各个工作频段对应的各个分支上的凹槽结构是通过调整凹槽参数，即凹槽深度、凹槽宽度、凹槽的周期性和金属平板的厚度，来改变金属平板表面的色散曲线实现。

分波器的微波段的实现是用外伸的同轴线内导体作为圆柱线波导来激发各个分支金属平板上的表面波。

分波器的太赫兹(THz)波段的实现是直接用金属圆柱线作为圆柱线波导来激发刻有凹槽的金属平板的表面波。

金属平板的材质对分波功能影响很小，一般选择价格便宜的金属如铝材、不锈钢等。

本发明中支持表面波传播的金属光栅结构根据工作频段不同，可采用不同加工工艺如线切割或者光刻。微波段的圆柱线波导可以通过将同轴线的内导体外伸来实现，而内导体延伸的长度、内导体的外径和金属光栅的厚度等都会影响圆柱线波导上的场到金属光栅上的场的耦合效率。而考虑到损耗和色散，太赫兹波段的圆柱线波导可直接用圆柱形金属导线来实现，通过光导天线将太赫兹脉冲耦合到圆柱形金属导线。

有益效果：本发明具有以下优点：

1、本发明首次实现了基于金属结构的多方向分波功能。

2、本发明中所提出的用圆柱线波导激励表面波的方法，实现简单有效，便于加工，适用范围广。

附图说明

图1-1为太赫兹波段实现实施例示意图；

图1-2为微波段实现实施例示意图。

图中，金属圆柱线11、同轴线内导体21、各个表面刻有凹槽的金属平板2。

图2是金属光栅结构示意图。

图3～5是金属光栅结构在不同凹槽深度h、凹槽宽度w和凹槽的周期性p时的色散特性示意图。

图6-1、6-2和6-3是本发明的各分支上的电场功率分布图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本技术方案作进一步说明：

一种多方向表面波分波器，包括圆柱线波导和多个表面刻有凹槽的金属平板，各个金属平板的一端连接于圆柱线波导，环绕在圆柱线波导周围，通过圆柱线波导来激发表面刻有凹槽的金属平板上的表面波；各个金属平板作为分波器的各个分支，其上的凹槽参数不同；各个工作频段对应的各个分支上的凹槽结构是通过调整凹槽参数，即凹槽深度、凹槽宽度、凹槽的周期性和金属平板的厚度，来改变金属平板表面的色散曲线实现。

参考图1-1，分波器的太赫兹(THz)波段的实现是直接用金属圆柱线作为圆柱线波导来激发刻有凹槽的金属平板的表面波。

参考图1-2，分波器的微波段的实现是用外伸的同轴线内导体作为圆柱线波导来激发各个分支金属平板上的表面波。