[发明专利]一种矩形波导-人工表面等离子体激元过渡结构

说明书

本发明涉及太赫兹器件技术领域，具体涉及一种矩形波导‑人工表面等离子体激元过渡结构。该结构是由设置在正面的第一单枝节偶极子天线、第一锥形金属结构、第一人工表面等离子体激元SSPPs传输线，配合设置在反面的第二单枝节偶极子天线、第二锥形金属结构、第二人工表面等离子体激元SSPPs传输线、金属接地板共同组成。通过偶极子天线，将波导的导波能量耦合至平面结构；再通过锥形结构与第二人工表面等离子体激元SSPPs传输线，将偶极子天线耦合的电磁能量高效的转换为人工表面等离子体激元SSPPs传输线的传输模式。本发明由于正反两面各部件都是在二维平面上进行加工装配的，电路尺寸可控，更易于加工。

技术领域

本发明涉及太赫兹器件技术领域，具体涉及一种矩形波导-人工表面等离子体激元过渡结构。

背景技术

太赫兹波(THz)一般是指频率在0.1～10THz(波长为3000～30um)范围内的电磁波，位于电子学向光子学的过渡阶段，因而其具有微波与光波双重特性。从微波的角度看，太赫兹波能承载的信号容量更大，传输时间更短，因此太赫兹通信技术很可能在将来成为地面移动信号传递重要的高速传输技术；从光波的角度看，太赫兹波具有更强的穿透力，在低损耗的情况下可以穿透布料和衣服，并且能够做到对人体无害，因此太赫兹波还可以用于安检系统。此外，太赫兹雷达还能够通过高精度来实现反隐形探测，在国防应用上具有巨大的潜力，目前是一个重要的研究热点。

人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs)是在具有特定周期结构表面存在的一种特殊的电磁波模式，该工作模式具备表面等离子体波类似的色散特性，且继承了表面等离子体波的多种优良电磁特性。SSPPs对于入射太赫兹波场可以表现出较强的束缚能力，同时具有近场增强与亚波长尺寸工作特性。上述特性有利于器件的小型化，并且在高度集成的电路中能同时兼顾高速、低插损以及低串扰的特性，能够极好地满足太赫兹小型化系统的要求。

由于太赫兹波频率较高，对环境尺寸极为敏感，降低太赫兹波在传输过程中产生的损耗是及其关键的。太赫兹系统封装多为波导输入输出，而内部电路为平面结构，所以太赫兹波导与平面的SSPPs传输线之间的过渡研究很重要。现有研究中，矩形波导到SSPPs的过渡多采用渐变的台阶接触结构，且工作在微波毫米波频段。随着频率上升到太赫兹频段，电路尺寸相应降低，导致这种渐变的台阶接触结构存在难以加工的问题。综上，研究太赫兹矩形波导 -SSPPs传输线的过渡结构，是及其重要的。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，为解决现有技术中在太赫兹频段下渐变的台阶接触过渡结构难以加工的技术问题，本发明提供了一种矩形波导-人工表面等离子体激元过渡结构，通过采用在二维平面上完成电路结构设置的方式，简化了加工工艺。具有结构简单，低损耗的优点。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种矩形波导-人工表面等离子体激元过渡结构，包括衬底；

所述衬底的正面设有第一人工表面等离子体激元SSPPs传输线；第一人工表面等离子体激元SSPPs传输线的一侧设有多个第一凹槽，它的两端均依次连接第一锥形金属结构和第一单枝节偶极子天线；第一单枝节偶极子天线的枝节延伸方向与第一凹槽的开口方向相反；

所述衬底的反面设有金属接地板，金属接地板的两侧分别连接有第二人工表面等离子体激元SSPPs传输线；第二人工表面等离子体激元SSPPs传输线的一侧设有至少2个第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽的开口方向相反；第二人工表面等离子体激元SSPPs传输线远离金属接地板的一端依次连接有第二锥形金属结构和第二单枝节偶极子天线；第二单枝节偶极子天线的枝节延伸方向与第二凹槽的开口方向相反。

进一步的，第二人工表面等离子体激元SSPPs传输线的主线在衬底上的正投影，与第一人工表面等离子体激元SSPPs传输线的主线在衬底上的正投影完全重合。