[发明专利]一种基于人工表面等离激元的陷波共面波导

说明书

本发明公开一种基于人工表面等离激元的陷波共面波导，其特征在于：主要由共面波导及设置在共面波导介质基板另一表面的金属条带构成，所述金属条带是由沿金属条带长度方向周期性分布的金属栅格构成。本发明可以通过改变金属栅格的尺寸，在共面波导的工作频带中引入一个较窄的阻带，该设计思想使得共面波导在不需设计额外的带阻滤波器的情况下，实现陷波功能，具有结构简单、尺寸紧凑、陷波性能好、易加工等优点，尤其适合与传统微波或太赫兹传输线匹配使用。

技术领域

本发明属于人工表面等离激元技术领域，具体涉及一种基于人工表面等离激元的陷波共面波导结构。

背景技术

人工表面等离激元是一种被约束在人工电磁结构表面进行传播的电磁波模式，传统表面等离激元的研究曾一度被局限于光波段或是更高的频率上，人工表面等离激元是将表面等离子激元的概念推广到低频段(微波或太赫兹波段)的产物，它有助于获得高约束性的微波或太赫兹信号的导波技术，并将低频段的器件尺寸减小到亚波长量级以实现高度集成。人工表面等离激元通常是在金属表面挖孔或刻槽的方法，不仅能增加电磁场在金属内的渗透能力，还可以实现场的亚波长约束，而且结构表面的等效等离子频率与表面结构的几何参数有关，从而可以在较低频率对表面等离激元进行工程设计，为亚波长周期性金属结构在微波或太赫兹成像，高分辨率医学内窥镜技术、生物检测、环境检测和信息与雷达通信技术等领域的应用开拓了广阔的前景。

共面波导作为一种性能优越、加工方便的微波平面传输线，在单片微波集成电路中正发挥越来越大的作用，尤其到了毫米波频段，共面波导更拥有微带线所不可比拟的性能优势。与常规的微带传输线相比，共面波导具有容易制作，容易实现无源、有源器件在微波电路中的串联和并联(不需要在基片上穿孔)，容易提高电路密度等优点。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种陷波型共面波导结构，不仅能实现信号的传输，而且能在传输频带内产生一个阻带，形成陷波共面波导。

为解决上述问题，本发明将支持人工表面等离激元的金属周期结构与支持空间波的共面波导结构结合，设计出一种基于人工表面等离子的陷波共面波导。本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于人工表面等离激元的陷波共面波导，其特征在于：主要由共面波导及设置在共面波导介质基板另一表面的金属条带构成，所述金属条带由沿金属条带长度方向周期性分布的金属栅格阵列构成。

优选地，位于中心处的金属栅格的高度小于其他金属栅格的高度。

本发明实际由介质基板层和两层金属箔层制作而成，介质基板为矩形直板，金属箔层分别印制于介质基板的两侧表面上；一侧的金属箔层刻蚀成共面波导结构，中心导带和两侧接地带的走向与金属箔层的中心线平行。另一侧的金属箔层形成一个金属条带，由沿长度方向周期性分布的金属栅格构成，金属栅格的周期保持不变，中心处的金属栅格高度小于其他金属栅格的高度。

本发明在深入研究人工表面等离激元的基础上，根据金属亚波长周期结构中不同的模式有着不同的色散曲线，高次模式的色散曲线和低次模式的色散曲线之间存在一个带隙，通过基板背面的金属栅格最中间处，其高度小于周围其他栅格的结构，相当于在带隙内引入缺陷结构，当共面波导的信号传输到此处时，能量在缺陷处发生谐振，信号不能传输，形成陷波特性。

本发明适合与传统微波或太赫兹传输线匹配使用，为陷波器件设计及应用提供一种全新的思路和方案。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明主要提出一种基于人工表面等离子的陷波共面波导，包括传统的共面微带传输线和在基板另一侧刻有周期性亚波长金属栅格阵列。这种设计结构一方面利用共面波导的优越传输性能，另一方面利用人工表面等离子波导的可调谐色散特性，实现了信号传输的陷波抑制的效果。可以使得未来的陷波器件或天线设计过程中，不必设计额外的带阻滤波器，进而在微波器件和集成电路结构的设计中具有更大的灵活性，