[发明专利]基于参量放大的非磁性人工SPP隔离器

说明书

本发明公开了一种基于参量放大的非磁性人工SPP隔离器。此隔离结构主要由底层的金属地层，空间层介质基板，以及最上层由加载变容管的人工SPP参量放大器、人工局域SPP谐振器和无源的人工SPP波导结构构成的金属结构。通过调控加载变容管的人工SPP参量放大器单元结构的色散行为，实现在相位匹配条件下的前向信号波的放大，此放大的信号波经过人工局域SPP谐振器耦合到下方无源的人工SPP波导，进而隔离后向信号波的传输。由于非磁性人工SPP隔离器的易于集成、低损耗的优点，使其在雷达防护和无线通信系统中具有重要的应用。

技术领域

本发明涉及一种基于参量放大的非磁性人工SPP隔离技术，通过设计人工SPP的单元结构实现在相位匹配条件下前向信号波的相位常数与人工局域SPP的谐振频率保持一致，实现放大的前向信号波可以较好的传输，同时抑制后向信号波的传输，进而实现后向信号波的隔离，属于通信、雷达和新型人工电磁材料领域。

背景技术

为了保护器件免受反射电磁干扰的影响，非互易微波电路器件是值得被探究的。对于传统实现非互易的方法，无非是利用磁性材料、加载有源的非互易器件以及利用时空调制。但是由于各自的限制导致了其非互易器件不能较好的应用到微波集成电路或者通信雷达系统中。为了解决此限制，基于人工表面等离激元的非互易无磁隔离器件被提出。由于人工表面等离激元器件具有较强的场束缚能力、低损耗以及尺寸小的优点受到了广泛的关注，但是上述的器件都是基于互易特性的研究，而非互易器件鲜少被研究。

本发明基于非线性人工SPP参量放大器，提出了一种无磁非互易隔离器件。此隔离器件利用人工SPP参量放大器在相位匹配下产生的放大信号波，经过人工局域SPP谐振器耦合到无源的人工SPP波导中，实现前向信号波的较好传输同时抑制后向信号波的传输，进而实现较好的后向信号隔离，因此在通信和集成电路中有着潜在的应用价值。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种利用参量放大的概念实现人工SPP隔离器件，能同时兼容低成本，易集成，以及隔离度高的优点。

技术方案：本发明所提出的利用参量放大实现的人工SPP非互易隔离器，包括，金属地层，中间的介质层，以及由人工SPP参量放大器结构、人工局域SPP谐振器和无源人工SPP波导结构组成的金属结构层。

所述的人工SPP参量放大器结构是将特殊设计的人工SPP结构加载有源变容管器件构成的周期性结构，通过调节变容管的容值，可以实现泵浦波，前向信号波，以及闲频波之间的相位匹配条件，进而实现信号波的放大。

所述的人工局域SPP谐振器是通过特殊设计满足其对应的谐振频率与满足参量放大相位匹配的信号波的频率保持一致，以便实现它们之间良好的耦合效果。

所述的人工SPP波导结构，需要满足在其波导结构传输的信号波对应的相位常数与人工SPP参量放大器中的满足参量放大相位匹配的信号波的相位常数保持一致，以便信号波可以在无源波导上进行良好的传输。

所述的利用参量放大实现的人工SPP非互易隔离器能够较好的抑制不满足相位匹配下的后向信号波传输。

因此为了实现隔离，三个基本条件需要满足：1，通过调节加载到单元结构上的容值，泵浦波、前向信号波、闲频波需要满足相位匹配条件，进而实现信号波的放大效果；2，放大的信号波应与人工局域SPP谐振器中的对应的谐振频率保持一致；3，此信号波对应的相位常数应与无源的人工SPP波导的单元结构中信号波相位常数重合。

有益效果：相对于传统的磁性非互易隔离，本发明仅通过在平面的等离激元超材料平台上通过相位匹配的条件即可实现信号波的隔离，成本较低并且操作简单；相对于传统的非线性隔离器件，本发明打破了其动态互易性的限制；另外，由于人工表面等离激元的较强的场束缚能力，本发明提出的非互易隔离器件，可较好地应用于集成电路，通信系统和雷达防护系统。

附图说明

图1是基于参量放大的非磁性人工SPP隔离器结构示意图。