[发明专利]一种深度亚波长和高品质因数的人工等离激元谐振器

说明书

本发明公开了一种深度亚波长和高品质因数的人工等离激元谐振器，包括第一谐振图形层、第二谐振图形层、位于第一谐振图形层和第二谐振图形层之间的介质基板层；第一谐振图形层包括外侧金属圆圈、位于外侧金属圆圈内圆周等间距的放射状金属条形结构；外侧金属圆圈在相邻两个放射状金属条形结构之间设有开缝；第二谐振图形层为大面积金属地上互补的内侧圆圈、位于内侧圆圈外圆周等间距的放射状条形结构；第一谐振图形层上的放射状金属条形结构与第二谐振图形层上的放射状条形结构周期相同、上下位置相同。该谐振器通过层状谐振图形对电磁场强束缚，打破结构对称性的开缝进一步增强束缚性并降低辐射损耗，实现微带兼容、深度亚波长和高品质因数的人工等离激元谐振器。

技术领域

本发明属于谐振器、传输线技术领域，具体涉及一种深度亚波长和高品质因数的微波毫米波谐振器。

背景技术

对于各个频段的电磁谐振器，有两个非常重要但相互制约的参数：品质因数(Q-factor，Q值)和尺寸。品质因数决定了谐振器中的电磁波能量和周围环境相互作用的寿命，以及谐振器带宽等。通常对于传感、滤波等应用，我们希望品质因数越高越好。品质因数取决于整个谐振结构的损耗，包括材料的吸收损耗，粗糙表面的散射损耗和辐射损耗。吸收损耗和散射损耗取决于构成谐振器的材料和加工工艺，而辐射损耗是由于电磁波在谐振器中谐振不可避免产生的，并与谐振器的电尺寸强相关。谐振器尺寸越大，曲率半径越小，辐射损耗越小，更容易获得高的品质因数。如可见光可近红外频段的微环腔(Microtoroid)谐振器，因为其光滑的表面和几十甚至上百个波长大小的直径，可达到10⁷量级的品质因数。

然而对于微波频段的谐振器，由于电磁波本身波长非常长，如1GHz对应的波长为300mm，电大尺寸的谐振器就过于笨重，绝大多数应用场景都无法实用。而亚波长的谐振器，如LC谐振器，微带环谐振器(Ring Resonator),开口环谐振器(Split Ring Resonator,SRR)等，品质因数和小尺寸都难以兼得。高介电常数的介质谐振器和金属腔体谐振器，可以取得较高的品质因数，但难以和平面印刷电路结构兼容，且较难激励。

人工等离激元谐振器，通常是周期锯齿状结构的圆柱或圆盘，是一种基于人工亚波长结构的慢波谐振器。慢波谐振器可以压缩电磁波的传播波长，从而在较小尺寸中实现更大的电尺寸。但已被报道的人工等离激元谐振器，多基于单层金属图形，或单层金属图形加大面积地，其尺寸还有待于进一步改善。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种深度亚波长和高品质因数的人工等离激元谐振器，该谐振器通过上下两层金属结构的谐振图形实现对电磁场的强束缚，并通过打破结构对称性的开缝进一步增强束缚性并降低辐射损耗，从而实现一种微带兼容的、深度亚波长和高品质因数的人工等离激元谐振器。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种深度亚波长和高品质因数的人工等离激元谐振器，所述谐振器为层状结构，包括：第一谐振图形层1、第二谐振图形层3、位于第一谐振图形层1和第二谐振图形层3之间的介质基板层4；

所述第一谐振图形层1包括外侧金属圆圈、位于外侧金属圆圈内圆周等间距的放射状金属条形结构；外侧金属圆圈在相邻两个放射状金属条形结构之间设有开缝2；

所述第二谐振图形层3为大面积金属地上互补的内侧圆环、位于内侧圆环外圆周等间距的放射状条形结构；

所述第一谐振图形层1上的放射状金属条形结构与第二谐振图形层3上的放射状条形结构周期相同、上下位置相同。

所述外侧金属圆圈的宽度与内侧圆环的宽度相同；所述放射状条形结构末端到外侧金属圆圈的距离与所述放射状金属条形结构末端到内侧圆环的距离相同。