一种基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器。它包括介质板和介质板上的金属贴片，所述金属贴片上有刻蚀的凹槽构成多路分波器，该多路分波器由多个波导分支组成，由介质板上金属-绝缘体-金属（MIM）结构构成，该MIM结构由两片内侧刻蚀有周期凹槽的金属光栅和凹槽中间的绝缘体构成，凹槽中是空气或绝缘体介质，每个波导分支的MIM结构中的凹槽深度和/或者宽度不同，使不同分支对不同频率的电磁波的束缚程度不同，从而引导不同频率的电磁波沿着不同分支传播，以实现多路分波的功能。
【专利说明】
一种基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器，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。目前已提出的基于仿表面等离激元的分波器结构是纯金属结构，且金属的厚度一般近似为无限大，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支持仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器，其结构紧凑，易于加工，且性能良好。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器。该多路分波器可工作于微波段、毫米波段和太赫兹波段。
[0004]为达到上述目的，本发明的构思是:本发明提出的多路分波器由多个波导分支组成，每个波导分支由介质板上MM结构组成，该MIM结构由两片内侧刻蚀有周期凹槽的金属光栅结构和中间的绝缘体(可以是空气或其他介质)构成，该分波器每个波导分支MM结构中的金属光栅凹槽深度或者宽度等参数不同，使不同分支对不同频率的电磁波的束缚程度不同，从而引导不同频率的电磁波沿着不同分支传播，以实现多路分波的功能。该分波器采用CPW作为馈源来激发介质板上MM结构中的仿表面等离激元；为改善低频时各波导分支之间的隔离度，部分波导分支前需要引入特别设计的带阻滤波器。
[0005]本发明是通过如下的技术方案来实现:
一种基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器，包括介质板和介质板上的金属贴片，其特征在于:该金属贴片上有刻蚀的凹槽构成的多路分波器，该多路分波器由多个波导分支(3、4、5、6)组成，而分支由介质板(12)上金属-绝缘体-金属(metal-1nsulator-metal, MIM)结构,该MIM结构由两片内侧刻蚀有周期凹槽的金属光栅和中间的绝缘体(可以使空气或绝缘介质)构成，每个波导分支MIM结构中的凹槽深度或者宽度等参数不同，使不同分支对不同频率的电磁波的束缚程度不同，从而引导不同频率的电磁波沿着不同分支传播，以实现多路分波的功能。使用共面波导作为激励源来激发介质板上MM结构中的仿表面等离激元；为改善低频时各波导分支之间的隔离度，部分波导分支前需要引入特别设计的带阻滤波器。
[0006]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: 本发明中介质板上M頂结构为平面结构，通过引入带阻滤波器能充分改善各个波导分支间的隔离度，加工工艺与现在成熟的印刷电路板(PCB)技术兼容，可以很容易地集成到平面电路中。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明提出的基于仿表面等离激元的多路分波器结构示意图(俯视图)。
[0008]图2是图1的前视图。
[0009]图3是一个波导分支结构示意图。
[0010]图4是带阻滤波器具体结构示意图。
[0011]图5是带阻滤波器透射系数S21 (图3中端口 2到端口 I的透射系数)图。
【具体实施方式】
[0012]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。
[0013]实施例一:
参见图1-4，本基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器，它包括介质板(12)和介质板上的金属贴片(13)，其特征在于:所述金属贴片(13)上有刻蚀的凹槽构成多路分波器，该多路分波器由多个波导分支(3、4、5、6)组成，由介质板(12)上金属-绝缘体-金属MIM结构构成，该MM结构由两片内侧刻蚀有周期凹槽的金属光栅(2)和凹槽中间的绝缘体(10)构成，凹槽中是空气或绝缘体介质，每个波导分支的MIM结构中的凹槽(11)深度和/或者宽度不同，使不同分支对不同频率的电磁波的束缚程度不同，从而引导不同频率的电磁波沿着不同分支传播，以实现多路分波的功能。
[0014]实施例二:
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于如下:
所述波导分支(3、4、5、6)在金属贴片(2)上刻蚀周期凹槽的形状是:一条横向直凹槽与多条垂直等距分布的等深度等宽度的纵向直凹槽垂直相交构成。采用共面波导(I)作为馈源来激发介质板(12 )上MM结构中的仿表面等离激元；该共面波导(I)是所述两片刻蚀有周期凹槽的金属光栅(2)之间的一条金属贴片。为改善低频时各波导分支之间的隔离度，部分波导分支(4、5、6)前引入带阻滤波器(7、8、9)，该带阻滤波器(7、8、9)是与波导分支(4、5、6)相连的金属贴片(13)上的凹槽,其横向凹槽与波导分支的横向凹槽相连通,而纵向凹槽为长短相间等距分布的等宽度凹槽。
[0015]实施例三:
参见图1和2，本基于仿表面等离激元的平面紧凑多路分波器(本实施例为四路)，是通过在介质板(12)的金属贴片(13)上加工不同几何尺寸的金属光栅MM结构实现的，利用共面波导(I)作为馈源来激发MIM结构中的仿表面等离激元，通过在部分波导分支(4、5、6)前端引入带阻滤波器(7、8、9)来改善低频时各分支之间的隔离度。这种平面结构便于与平面有源器件集成，图1和图2给出的实施例是四路分波器，超过四路也是可以的。图3给出了一个波导分支结构。图中介质基板厚度为4介质板上层金属光栅厚度为?、、金属凹槽宽度和周期分为和Λ、凹槽深度A (每个分支的凹槽深度是不同的)、空气缝宽度^ (I)为共面波导结构，用它作为馈源来激发MM结构中的仿表面等离激元。
[0016]参见图4和5，本基于仿表面等离激元的多路分波器部分分支前端的带阻滤波器结构如图4所示，由具有两种凹槽深度的复合周期结构构成，其中较浅和较深的凹槽深度分别为弋和A2，复合结构的周期为/V每个分支前端的滤波器的弋和力2是不同的，其余参数一样。它采用复合周期性金属光栅结构组成，其中每个分支前端滤波器的么和A2是不相同的。通过适当调节弋和A2的值，可以使需要的频率的电磁波通过指定的波导分支，同时滤除掉不需要的电磁波，从而改善分支之间隔离度。图4为该种结构的带阻滤波器在不同hx和力2的情况下的透射系数S21图，三种弋和力2组合的情况下会分别产生三个通频带，可以允许需要频率的电磁波通过。从图中可以看出该结构具有带阻滤波器的功能，可以只让需要频率的电磁波通过。
[0017]本实施例中支持仿表面等离激元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。
[0018]本实施例中，首先通过电磁仿真工具分析介质板上MM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不同，来改变每个分支对不同频率电磁波的束缚能力，从而使不同频率的电磁波可以沿着不同的分支传播以实现多路分波的功能。
[0019]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】
1.一种基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器，它包括介质板(12)和介质板上的金属贴片(13)，其特征在于:所述金属贴片(13)上有刻蚀的凹槽构成多路分波器，该多路分波器由多个波导分支(3、4、5、6)组成，由介质板(12)上金属-绝缘体-金属(MIM)结构构成，该M頂结构由两片内侧刻蚀有周期凹槽的金属光栅(2)和凹槽中间的绝缘体(10)构成，凹槽中间是空气或绝缘体介质，每个波导分支的MIM结构中的凹槽(11)深度和/或者宽度不同，使不同分支对不同频率的电磁波的束缚程度不同，从而引导不同频率的电磁波沿着不同分支传播，以实现多路分波的功能。
2.根据权利要求书I所述的基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器，其特征在于:所述波导分支(3、4、5、6)在金属贴片(13)上刻蚀周期凹槽的形状是:一条横向直凹槽与多条垂直等距分布的等深度等宽度的纵向直凹槽垂直相交构成。
3.根据权利要求书I所述的基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器，其特征在于:采用共面波导(I)作为馈源来激发介质板(12)上MM结构中的仿表面等离激元；该共面波导(I)是所述两片刻蚀有周期凹槽的金属光栅(2)之间的一条金属贴片。
4.根据权利要求书I所述的基于仿表面等离激元的平面紧凑型多路分波器，其特征在于:为改善低频时各波导分支之间的隔离度，部分波导分支(4、5、6)前引入带阻滤波器(7、8、9)，该带阻滤波器(7、8、9)是与波导分支(4、5、6)相连的金属贴片(13)上的凹槽，其横向凹槽与波导分支的横向凹槽相连通，而纵向凹槽为长短相间等距分布的等宽度凹槽。
【文档编号】H01P1/213GK104269594SQ201410492433
【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