一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器的制作方法

本发明涉及分波器，具体涉及一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器。

背景技术：

人工表面等离激元(sspps)继承了表面等离激元(spps)大部分的有点，例如：场的束缚性和无衍射极限等，同时sspps的物理特性可以被轻易的控制通过优化结构的物理参数。因此，许多基于裂缝，孔阵列，电子元器件等的sspps结构被提出来应用在微波领域。

目前，经典的sspps都是由传统的扩口地共面波导来激励和利用渐变的齿轮状的结构来进行传输。例如：liu等人在j.appl.phys.(vol.116,no.1,jul.2014,art.no.013501)上发表的“multi-channelcompositespoofsurfaceplasmonpolaritonspropagatingalongperiodicallycorrugatedmetallicthinfilms”，ma等人在laserphoton.rev.(vol.8,no.1,pp.146–151,jan.2014)上发表的“broadbandandhigh-efficiencyconversionfromguidedwavestospoofsurfaceplasmonpolaritons”和zhao等人在sci.rep.(vol.6,oct.2016,art.no.36069)上发表的“anovelbroadbandband-passfilterbasedonspoofsurfaceplasmonpolaritons”。然而，扩口地结构并不利于效率的提升和结构的小型化。

为了实现低损耗和宽带的特性，一些微带线结构和缝隙耦合的结构在一些文献中被提出来。例如：liao和zhang等人提出的微带线结构分别在j.phys.d:appl.phys.(vol.47,no.31,jul.2014,art.no.315103)和laserphoton.rev.(vol.9,no.1,pp.83–90,jan.2015)上发表，文章名称分别为“broadbandtransitionbetweenmicrostriplineandconformalsurfaceplasmonwaveguide”和“broadbandamplificationofspoofsurfaceplasmonpolaritonsatmicrowavefrequencies”。与此同时，利用在上层槽线末端使用空气空的缝隙耦合激励的方法也被gao和xiao等人提出来，并分别发表在appl.phys.lett.(vol.104,no.19.may.2014,art.no.191603)“anultra-widebandsurfaceplasmonicfilterinmicrowavefrequency”和j.appl.phys.(vol.118,no.23,dec.2015,art.no.233112)“spooflocalizedsurfaceplasmonsandfanoresonancesexcitedbyflaredslotline”上。然而，这些微带线结构和缝隙耦合馈电结构都是双层结构，不利于设计和灵活的集成。

在文献appl.phys.lett.(vol.113,no.7.aug.2018,art.no.071101)“anultra-thincoplanarwaveguidefilterbasedonthespoofsurfaceplasmonpolaritons”中,wang等人提出了一种基于标准50欧姆的共面波导的sspps结构，该结构利用在共面波导的中间金属打上一系列的圆孔来实现高效，多频带等性能，同时移除了传统的模式转化结构来实现了小型化的特性。

目前，大部分的分波器都是基于提出的扩口地共面波导来激励和利用渐变的齿轮状的结构来设计的，这些设计不利于结构的小型化和效率的提高。如今随着微波技术的快速发展，对分波器带宽、尺寸等要求也不断的提高。现有的分波器的带宽，结构上的小型化等性能都不能满足目前微波领域设计的要求，因此如何设计出满足宽带宽、高效率、小型化等特点的分波器成为目前研究热点和难点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种宽带宽、高效率、高隔离度、小型化的基于共面波导与人工表面等离激元(sspps)的分波器。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，包括共面波导馈电部分、带双排孔的共面波导传输部分和带孔的非对称共面波导传输部分，在带孔的非对称共面波导传输部分中间有一块共用金属地，共面波导馈电部分、带双排孔的共面波导传输部分和带孔的非对称共面波导传输部分都印制在介质基板上。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述带双排孔的共面波导传输部分的sma结构馈电内芯接该结构的中间金属地，外芯接两侧地面；所述带孔的非对称共面波导传输部分、sma接头的内芯接带孔的金属条带，外芯接一侧地。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述共面波导馈电部分和所述带双排孔的共面波导传输部分的中间金属地的宽度都为3mm，中间的缝隙为0.1mm，所述带双排孔的共面波导传输部分中间双排孔的半径为0.7mm，各排圆孔的各圆孔间的间距为2.5mm。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述带孔的非对称共面波导传输部分中间金属地的宽度分别为1.5mm和3mm，中间圆孔的半径为0.7mm，圆孔的间距为2.5mm，所述共用金属地宽度为3.2mm，长度为28mm，所述共用金属地距离所述带孔的非对称共面波导传输部分的缝隙为0.75mm。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述介质基板为f4b，相对介电常数为2.65，损耗正切为0.0015，厚度为0.5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的一种基于共面波导与人工表面等离激元的分波器，通过共面波导的中间金属孔实现了分波器的小型化；通过共面波导的中间金属双排孔结构实现了高效传输，同时利于分波；通过共面波导的中间金属孔结构实现分波；通过非对称共面波导作为传输部分来提高隔离度；相比传统的分波器，该结构更为简单，性能更为优越。

附图说明

图1是本发明实施例中的基于共面波导与人工表面等离激元(sspps)分波器的结构示意图；

图2是本发明实施例中的基于共面波导与人工表面等离激元(sspps)分波器的带孔的共面波导传输部分双孔的sspps和带孔的非对称共面波导传输部分单孔的sspps的单元结构的仿真色散曲线图；

图3是本发明实施例中的基于共面波导与人工表面等离激元(sspps)分波器的仿真s参数图。

具体实施方式：

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明结构、参数所作的修改或替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例

如图1所示，本发明的一种基于共面波导与人工表面等离激元(sspps)的分波器，包括共面波导馈电部分1，带孔的共面波导传输部分2，和带孔的非对称共面波导传输部分3，该分波器的所有金属结构都印刷在介质基板4上，带孔的非对称共面波导传输部分3具有共用金属地5。共面波导馈电部分1用来实现50欧姆的馈电信号，并与sma连接头连接馈电。

带孔的共面波导传输部分2用来实现共面波导准tem波向sspps波(tm波)的转化，将带孔的非对称共面波导传输部分3分成“y”型用来接收分波的信号。带双排孔的共面波导传输部分2将准tem波转化为sspps波(tm波)，然后将转化后的波通过带孔的非对称共面波导传输部分3来接收，由于tm波支持单导体或者双导体传播，因此将共用的金属地5离带孔的非对称共面波导传输部分3远一点，来提高端口2和端口3的隔离度。带双排孔的共面波导传输部分2通过在共面波导中间金属开足够大的双排孔产生tm波，然后将中间金属地一分为二(端口2和3)，同时也将圆孔缩小两倍来产生分波并支持tm波的传播。该分波器去除了传统sspps结构的扩口地馈电结构，实现了小型化。

共面波导馈电部分1和带孔的共面波导传输部分2的中间金属与地的宽度都为3mm，带孔的共面波导传输部分2中间双排圆孔的半径为0.7mm，中间圆孔的间距为2.5mm。带孔的非对称共面波导传输部分3中间金属与地的宽度分别为1.5mm和3mm，中间圆孔的半径为0.7mm，圆孔的间距为2.5mm。共用金属地5宽度为3.2mm，长度为28mm，距离带孔的非对称共面波导传输部分3的缝隙为0.75mm。

介质基板4为f4b，相对介电常数为2.65，损耗正切为0.0015，厚度为0.5mm。

图2所示是共面波导人工表面等离子体激元(sspps)的分波器的色散曲线图，单元长度为2.5mm，横坐标表示βd/π，纵坐标代表频率分量，单位为ghz。从图2可以看出，双孔的sspps和单孔的sspps具有相近的色散曲线关系，其截止频率都在42ghz左右。

图3所示是共面波导与人工表面等离激元(sspps)的分波器的色散曲线图，横坐标代表频率分量，单位为ghz，纵坐标代表s参数幅度变量，其单位为db。从图3可以看出，本发明的分波器，在3ghz到34ghz频率范围内s参数均小于-10db，且|s21|和|s31|也符合要求，都在-4db以内，同时端口2和3也有很好的隔离度，都在15db以下，表明在此频率范围内，分波器能很好的工作。