一种基于宽带慢波系统的多路分波器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于宽带慢波系统的多路分波器。它包括介质板及其上薄的金属-绝缘体-金属（MIM）光栅结构，所述MIM光栅结构由内侧刻蚀周期矩形或者梯形凹槽的两个金属光栅结构和绝缘体组成，金属光栅结构厚度小于百分之一工作波长，金属光栅结构中的所述凹槽的形状是：一条横向长直凹槽与多条垂直等距分布的长度逐渐变化的纵向短直凹槽垂直相交构成，凹槽深度、宽度和/或周期等几何参数渐变，所述绝缘体是空气或其他绝缘介质；MIM光栅结构的功能是使不同频率的电磁波束缚在的不同位置的凹槽中，MIM光栅结构置于介质板上便于与有源器件集成。
【专利说明】一种基于宽带慢波系统的多路分波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于宽带慢波系统的多路分波器，该多路分波器可用于通信领域，以实现微波段、毫米波段或太赫兹波段的分波功能。
【背景技术】
[0002]表面等离激元是束缚于金属与介质表面的电磁波，不受光学衍射极限的限制，因而可用于构造紧凑小型化元件，在表面或界面技术及数据存储等方面具有重要应用，已形成表面等离子学。通过在理想导体表面加工周期微结构(其特征尺寸远小于波长)形成的人工电磁结构能够支持仿表面等离激元的传播。利用人工电磁结构能够更方便地操纵电磁波的传播，实现多种新型功能器件。目前已提出的基于渐变金属凹槽结构的宽带慢波系统还存在以下不足:1.还没有可以简单有效地释放被束缚电磁波的方法，前人提出过可以在金属凹槽中充填对温度敏感的介质材料，通过温度调节介质的介电常数来改变慢波结构的色散关系，从而释放被束缚电磁波。不过该方法实现复杂而且精度难以控制；2.已提出的结构是纯金属结构，且金属的厚度一般近似为无限大，这样不利于与其它平面有源器件集成。本发明提出一种便于与平面有源器件集成的MIM光栅结构宽带慢波系统，并提出一种简单有效的方式来释放被束缚的电磁波，从而实现一种多路分波器。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种基于宽带慢波系统的多路分波器，实现多路分波。为达到上述目的，本发明的构思是:本发明提出的基于MIM光栅结构的宽带慢波系统是由介质板上非常薄的MIM光栅结构组成，该MIM光栅结构由内侧刻蚀周期矩形或者梯形等凹槽的两个金属光栅结构和绝缘体组成，金属光栅结构厚度很小(小于百分之一工作波长)，金属光栅结构中的凹槽深度、宽度和/或周期等几何参数渐变，绝缘体可以是空气或其他绝缘介质，很薄的MIM光栅结构的功能是使不同频率的电磁波束缚在的不同位置的凹槽中，在凹槽末端引入不同长度的短截线分支结构，该分支结构由介质板内侧无凹槽的两片金属和绝缘体组成，其长度(从凹槽末端开始计算)应为该分支波导波长Ag的四分之一的奇数倍，这种特定长度分支结构能够将束缚于凹槽中的电磁波引导出来，在不同位置凹槽末端引入不同长度分支结构，就可以将束缚于不同位置处的不同频率电磁波释放出来并使其分别沿着不同的短截线分支传播，从而实现多路分波的功能。为增加各短截线分支间的隔离度，可在短截线分支的前端引入滤波器，该滤波器由深和浅一对凹槽复合组成，通过调节深浅凹槽的深度、单元数目等可以调节滤波器的带阻特性，从而为高频分支结构将不需要的低频频率分量滤除，改善各分支间的隔离度。该多路分波器可工作于微波段、毫米波段和太赫兹波段。
[0004]根据上述发明构思本发明采用如下技术方案:
一种基于宽带慢波系统的多路分波器，包括介质板及其上薄的金属-绝缘体-金属MIM光栅结构，其特征在于:所述MIM光栅结构由内侧刻蚀周期矩形或者梯形凹槽的两个金属光栅结构和绝缘体组成，金属光栅结构厚度小于百分之一工作波长，金属光栅结构中的所述凹槽的形状是:一条横向长直凹槽与多条垂直等距分布的长度逐渐变化的纵向短直凹槽垂直相交构成，凹槽深度、宽度和周期等几何参数渐变，绝所述缘体是空气或其他绝缘介质；MIM光栅结构的功能是使不同频率的电磁波束缚在的不同位置的凹槽中，MIM光栅结构置于介质板上便于与有源器件集成。
[0005]在若干所述纵向短直凹槽末端引入不同长度的短截线分支结构，该分支结构由介质板延伸出凸极中间刻蚀纵向短直凹槽的延长槽而形成两片金属和延长槽中的绝缘体组成’其长度^”匕^卩匕彡从凹槽末端开始计算应为该分支波导波长λ g的四分之一的奇数倍。这种特定长度分支结构能够将束缚于凹槽中的电磁波引导出来，在不同位置纵向短直凹槽末端引入不同长度分支结构，就可以将束缚于不同位置处的不同频率电磁波释放出来并使其分别沿着不同的短截线分支传播，从而实现多路分波的功能，使用介质板背面的微带线作为激励源来激发MIM光栅结构中的表面电磁波。
[0006]为增加各短截线分支间的隔离度，可在所述短截线分支延长槽的前端引入滤波器，该滤波器由深和浅一对与所述延长槽垂直相交的凹槽复合组成，通过调节深浅凹槽的深度、单元数目可调节滤波器的带阻特性，从而为高频分支结构将不需要的低频频率分量滤除。
[0007]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进
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少:
本发明首次实现了一种便于平面集成的宽带慢波系统，特别是在该宽带慢波基础上通过引入特定长度短截线分支结构可以方便地释放被束缚的电磁波，从而实现了多路分波器。该分波器可以有效地分离束缚于MIM光栅结构不同位置处的不同频率电磁波，是一种实现分波功能的新方法，并且该实现简单有效，便于加工和现有成熟工艺兼容。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明提出的基于MIM光栅结构的宽带慢波系统的原理图。
[0009]图2是图1宽带慢波系统中不同频率电磁波的群速度随凹槽深度变化的曲线图。
[0010]图3是本发明中基于宽带慢波器的多路分波器结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白理解，下面结合附图和优选实施例，进一步阐述本发明。
[0012]实施例一:
参见图1和图3，本基于宽带慢波系统的多路分波器，包括介质板(2)及其上薄的金属-绝缘体-金属MIM光栅结构，其特征在于:所述MIM光栅结构由内侧刻蚀周期矩形或者梯形凹槽(6)的两个金属光栅结构(3、4)和绝缘体(5)组成，金属光栅结构(3、4)厚度小于百分之一工作波长，金属光栅结构中的所述凹槽(6)的形状是:一条横向长直凹槽与多条垂直等距分布的长度逐渐变化的纵向短直凹槽垂直相交构成，凹槽深度、宽度和周期等几何参数渐变，所述绝缘体是空气或其他绝缘介质，MIM光栅结构的功能是使不同频率的电磁波束缚在的不同位置的凹槽中，MIM光栅结构置于介质板上便于与有源器件集成。
[0013]实施例二:
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下:
在若干所述纵向短直凹槽末端引入不同长度的短截线分支结构(7、8、9、10)，该分支结构由介质板(2)延伸出凸极中间刻蚀纵向短直凹槽的延长槽而形成两片金属和延长槽中的绝缘体(5)组成，其长度(Z1、Z2、Z3、Z4)从凹槽末端开始计算应为该分支波导波长Xg的四分之一的奇数倍。这种特定长度分支结构能够将束缚于凹槽中的电磁波引导出来，在不同位置纵向短直凹槽末端引入不同长度分支结构(7、8、9、10)，就可以将束缚于不同位置处的不同频率电磁波释放出来并使其分别沿着不同的短截线分支传播，从而实现多路分波的功能，使用介质板(2)背面的微带线(I)作为激励源来激发MIM光栅结构中的表面电磁波；为增加各短截线分支间的隔离度，可在所述短截线分支延长槽的前端引入滤波器(11、12)，该滤波器(11、12)由深和浅一对与所述延长槽垂直相交的凹槽复合组成，通过调节深浅凹槽的深度、单元数目可调节滤波器的带阻特性，从而为高频分支结构将不需要的低频频率分量滤除。
[0014]实施例三:
参见图1和2，本基于MIM光栅结构的宽带慢波系统，实现宽带慢波的原理与前人所述相同，不同的是本实施例中的金属光栅厚度d很薄，而且是置于介质基板上，这样便于与平面有源器件集成；图1中介质基板厚度为6介质板上层金属光栅厚度为?、、金属凹槽宽度和周期分为#和P、凹槽深度而/7是渐变的、空气缝宽度tair。介质板背面的微带线(I)的金属厚度也为?，作为激励源来激发MIM光栅结构中的表面电磁波。图2中可以看出，随凹槽深度增加，不同频率电磁波的群速度会逐渐减小，甚至减为零，表明该电磁波会被束缚于该凹槽处，不再继续向前传播，不同频率电磁波的截止位置不同。
[0015]参见图3，图3中包括:刻有深度渐变的金属凹槽结构的宽带慢波系统，以及四个不同长度的波导分支结构(7、8、9、10)，微带线波导(I)。四个波导分支长度分别为Α、Ζ2、Ζ3和Ζ4。本基于宽带慢波系统的多路分波器(本实施例为四路)，通过在电磁波被束缚处引入特定长度的短截线分支结构(7、8、9、10)，可以将束缚于不同位置处的不同频率电磁波释放出来并使其分别沿着不同的短截线分支传播，从而实现多路分波的功能。这里的特定长度指该短截线波导分支结构中电磁波波导波长的四分之一的奇数倍(本例选用三倍的四分之一波导波长)，使用介质板背面的微带线(I)作为激励源来激发MIM光栅结构中的表面电磁波；图3给出的实施例以四路分波器为例，超过4个分支也是可以的。
[0016]本实施例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加以实现，例如PCB工艺、电火花线切割技术或者光刻工艺等。
[0017]本实施例中，首先通过电磁仿真工具分析MM光栅结构的色散曲线，通过控制有限厚度金属光栅结构的表面凹槽深度的渐变，实现宽带慢波的功能，从而选取不同的位置引入波导分支，实现多路分波的功能。微波段、毫米波段和太赫兹波段的有限厚度金属光栅结构加工比较简单。
[0018]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种基于宽带慢波系统的多路分波器，包括介质板(2)及其上薄的金属-绝缘体-金属(MIM)光栅结构，其特征在于:所述MIM光栅结构由内侧刻蚀周期矩形或者梯形凹槽(6)的两个金属光栅结构(3、4)和绝缘体(5)组成，金属光栅结构(3、4)厚度小于百分之一工作波长，金属光栅结构中的所述凹槽(6)的形状是:一条横向长直凹槽与多条垂直等距分布的长度逐渐变化的纵向短直凹槽垂直相交构成，凹槽深度、宽度和周期等几何参数渐变，所述绝缘体是空气和/或其他绝缘介质，MIM光栅结构的功能是使不同频率的电磁波束缚在的不同位置的凹槽中，MIM光栅结构置于介质板上便于与有源器件集成。
2.根据权利要求书I所述的基于宽带慢波系统的多路分波器，其特征在于:在若干所述纵向短直凹槽末端引入不同长度的短截线分支结构(7、8、9、10)，该分支结构由介质板(2)延伸出凸极中间刻蚀纵向短直凹槽的延长槽而形成两片金属和延长槽中的绝缘体(5)组成’其长度^”匕^卩匕彡从凹槽末端开始计算应为该分支波导波长λ 8的四分之一的奇数倍；这种特定长度分支结构能够将束缚于凹槽中的电磁波引导出来，在不同位置纵向短直凹槽末端引入不同长度分支结构(7、8、9、10)，就可以将束缚于不同位置处的不同频率电磁波释放出来并使其分别沿着不同的短截线分支传播，从而实现多路分波的功能，使用介质板(2 )背面的微带线(I)作为激励源来激发MIM光栅结构中的表面电磁波。
3.根据权利要求书2所述的基于宽带慢波系统的多路分波器，其特征在于:为增加各短截线分支间的隔离度，可在所述短截线分支延长槽的前端引入滤波器(11、12)，该滤波器(11、12)由深和浅一对与所述延长槽垂直相交的凹槽复合组成，通过调节深浅凹槽的深度、单元数目可调节滤波器的带阻特性，从而为高频分支结构将不需要的低频频率分量滤除。
【文档编号】H01P1/213GK104269595SQ201410492509
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】周永金 申请人:上海大学