基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器

本发明涉及新型微波器件，特别涉及一种基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器。

背景技术：

1、作为超材料的一个重要分支，人工表面等离激元(sspp)被提出来，来操控在低频的表面电磁波的响应。由于sspp独特的强场束缚和场增强特性，在新型波导中得到了很大的应用。支持sspp的人工结构可以通过改变结构单元的几何参数来调整sspp的色散关系，从而为定制化设计提供了有效手段。在传统的信息系统中，信号频谱是固定的，因此很难满足日益增长的智能化和多样化的需求。可编程频谱是一种能够使信号频谱根据需要切换到不同模式的技术，通过频谱编程，信号频率成分可以根据用户的意愿灵活分配，为充分利用频谱资源提供了一个有效的解决方案。超材料的进展给我们在亚波长尺度上操控电磁波提供了前所未有的自由度，引起了大大增强的非线性，从而提供了控制强度、相位、偏振的可能性。特别的是，时域编码的概念已经被提出，为产生和控制自由空间的非线性响应开辟了一条新的途径。随着智能信息系统的需求不断增加，高密度阵列系统是可编程频谱技术的重要潜在应用场景。然而在高密度阵列场景中，目前的时域编码材料由于其尺寸的限制，不适合广泛的使用，所以寻求时域编码技术和高密度阵列方案的融合将成为研究的重点。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，该调制器应用时域编码，在控制信号为方波时，通过调整控制信号的周期和占空比，产生定制化的谐波信号，使得输出谐波信号的幅度频率可调，可以滤除0阶谐波，同时具有易于加工、尺寸小和造价低等优点。

2、本发明实施例提供一种基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，

3、从下往上依次包括：金属背板、分隔介质层和上层金属结构；

4、所述上层金属结构包括加载有pin管的人工表面等离激元单元结构周期排列成的时域编码人工表面等离激元波导、设置在所述时域编码人工表面等离激元波导两端的过渡结构、以及连接控制信号的高频隔离结构组成；

5、在加载有pin管的人工表面等离激元单元结构中，pin管一端连接在中心金属导带上，另一端连接金属齿条，所述金属齿条上设置有金属通孔，所述金属齿条通过所述金属通孔与所述金属背板相连；

6、所述过渡结构用于将输入信号过渡到所述时域编码人工表面等离激元波导，所述过渡结构为金属槽长度渐变的设计，越靠近所述时域编码人工表面等离激元波导，金属槽越长；越远离所述时域编码人工表面等离激元波导，金属槽深越短；

7、所述高频隔离结构与所述时域编码人工表面等离激元波导的中心金属导线中心连接，用于提供控制信号，所述控制信号为方波信号，通过控制所述方波信号的周期和占空比，进行输出谐波信号的频率和幅度调节，并滤除0阶谐波。

8、在本发明的一个实施例中，通过控制所述方波信号的周期，进行输出谐波信号的频率调节包括：

9、在pin管两端施加方波信号，方波信号的周期不同，输出谐波信号的频率也不同，输出谐波信号的一次谐波频率为基波频率与施加的方波信号的频率之和，通过调节pin管两端方波信号的周期，实现对输出谐波信号一次谐波频率的动态调控。

10、在本发明的一个实施例中，通过控制所述方波信号的占空比，进行输出谐波信号的幅度调节包括：

11、在pin管两端施加方波信号，方波信号的占空比不同，输出谐波信号的幅度不同，当占空比为0时，输出谐波信号幅度最大，占空比越小，输出谐波信号幅值越小，通过调节pin管两端方波信号的占空比，实现对输出谐波幅度的动态调控。

12、在本发明的一个实施例中，所述高频隔离结构由金属片和金属线组成。

13、在本发明的一个实施例中，所述金属片为正方形，边长为四分之一波长。

14、在本发明的一个实施例中，所述金属线宽度为0.2mm。

15、本发明实施例的基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，具有以下有益效果：

16、1.本发明具有制作简单和便于加工的特点。调整，人工表面等离激元材料的基本结构单元的几何尺寸，可以调节材料的色散特性，实现调制器在设计上的简单化，同时该调制器由一系列，人工表面等离激元材料基本单元排列而成，使得该调制器易于加工；

17、2.本发明具有输出谐波信号幅度频率可调的特点。在本发明中，通过改变控制信号周期和占空比，可以调制输出谐波信号的频率和幅度；

18、3.本发明具有同时滤除0阶谐波的功能。在本发明中，通过设计时域编码sspp波导单元的参数，可以实现在on和off两种状态下，0阶谐波180°的相位差，从而滤除0阶谐波。

19、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，其特征在于，从下往上依次包括：金属背板、分隔介质层和上层金属结构；

2.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，其特征在于，通过控制所述方波信号的周期，进行输出谐波信号的频率调节包括：

3.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，其特征在于，通过控制所述方波信号的占空比，进行输出谐波信号的幅度调节包括：

4.根据权利要求1所述的基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，其特征在于，所述高频隔离结构由金属片和金属线组成。

5.根据权利要求4所述的基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，其特征在于，所述金属片为正方形，边长为四分之一波长。

6.根据权利要求4所述的基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于人工表面等离激元的谐波幅度频率调制器，属于新型微波器件领域，由金属背板，上层金属结构和分隔介质层构成，上层金属结构由加载有PIN管的人工表面等离激元单元结构周期排列成的时域编码人工表面等离激元波导、设置在所述时域编码人工表面等离激元波导两端的过渡结构、以及连接控制信号的高频隔离结构组成，通通过控制所述方波信号的周期和占空比，进行输出谐波信号的频率和幅度调节，并滤除0阶谐波，本发明具有输出谐波信号的幅度频率可调，可以滤除0阶谐波，易于加工、尺寸小和造价低等优点。

技术研发人员：张浩驰,袁桃根,张乐鹏
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12