[发明专利]基于人工表面等离极化激元的定向耦合器

说明书

技术领域

本发明属于人工表面等离极化激元领域，具体涉及一种基于人工表面等离极化激元的定向耦合器。

背景技术

基于表面等离极化激元（Surface Plasmon Polariton）的波导可以传导与传统光子电路相同大小带宽的电磁波，并且不受衍射极限的限制。这使得SPP器件在将来很可能实现光子与电子元器件在纳米尺度上的完美结合，因此广受学者关注。

然而自然界的SPP仅存在于光波段，为了在较低频段（THz、GHz）实现SPP，人们提出了人工表面等离极化激元（Spoof Surface Plasmon Polariton）。SSPP是一种可以人工设计，通过改变结构参数，改变表面波色散曲线的新型材料。经过近几年的发展，SSPP得到了长足的发展，在器件设计上有着广泛的应用。

定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。现有的定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线构成，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。传统的波导结构，例如双线传输线、同轴线，当频率升高到微波段时，传输损耗就十分之大。

因此，需要一种新的定向耦合器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于人工表面等离极化激元的定向耦合器。

为实现上述发明目的，本发明基于人工表面等离极化激元的定向耦合器可采用如下技术方案：

一种基于人工表面等离极化激元的定向耦合器，包括输入端、隔离端、耦合端、直通端和耦合段，所述基于人工表面等离极化激元的定向耦合器为平面结构，所述输入端、隔离端、耦合端、直通端和耦合段均由平面等离极化激元波导组成，所述平面等离极化激元波导由周期性排列的金属单元组成，所述金属单元上均设置有垂直于所述平面等离极化激元波导长度方向的凹槽，所述凹槽均位于所述周期渐变平面等离极化激元波导的同侧，其中，所述输入端、隔离端、耦合端和直通端均由单个平面等离极化激元波导组成，所述耦合段由并列设置的第一平面等离极化激元波导和第二平面等离极化激元波导组成，所述第一平面等离极化激元波导的凹槽和所述第二平面等离极化激元波导凹槽相对设置，所述输入端连接所述第一平面等离极化激元波导的一端，所述直通端连接所述第一平面等离极化激元波导的另一端；所述隔离端连接所述第二平面等离极化激元波导的一端，所述耦合端连接所述第二平面等离极化激元波导的另一端，其中，所述输入端和所述隔离端设置在所述耦合段的一端，所述耦合端和所述直通端设置在所述耦合段的另一端。

发明原理：本发明的基于人工表面等离极化激元的定向耦合器，其单元结构为金属单元和位于金属单元上的凹槽结构。当电磁波从输入端激励时，入射电磁波会在器件表面形成表面波，经过中间耦合段的耦合后，不同波长的电磁波会按不同的比例在直通端和耦合端输出。可以使特定频段内不同波长的电磁波在不同端口输出，并且通过等比例放大或缩小尺寸就可以使其工作在任意频段内，具有很高的应用价值。

与背景技术相比，本发明提供了一种基于人工表面等离极化激元的定向耦合器可以使特定频段内不同波长的电磁波在不同端口输出，具有很高的应用价值。本发明的定向耦合器的工作带宽大，可以使特定频段的电磁波从不同的端口输出，并且可以通过等比例放大或缩小尺寸就可以使其工作在任意频段内。本发明结构简单，为金属单元和位于金属单元上的凹槽周期排列组成。相比于其他传输线结构，例如导体夹带介质层的带状线、微带线等，结构十分简单。本发明的传输损耗小，电磁波可以传播几十个周期结构。传统的波导结构，例如双线传输线、同轴线，当频率升高到微波段时，传输损耗就十分之大。

附图说明

图1是本发明定向耦合器的仿真结构示意图；

图2是本发明定向耦合器的实物图；

图3是本发明定向耦合器金属单元的主视图；

图4是本发明定向耦合器金属单元的俯视图；

图5是本实施例定向耦合器频率-输出的二维电场仿真关系图，其中，（a）8.8GHz；（b）9.6GHz；（c）10.2GHz；

图6是本实施例定向耦合器频率-输出的仿真拟合曲线。

具体实施方式