[发明专利]高效表面等离子基元传输线

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效表面等离子基元传输线结构，具体涉及共面波导、渐变匹配非周期光栅结构和支持等离子基元周期光栅结构，属于通信、集成电路和表面波技术领域。

背景技术

人工表面等离基元不受衍射极限的限制，支持单导线对电磁波的高效传输，因而可以用于构造小型化器件，在表面技术以及集成电路等方面有重要应用。利用介质表面上设计凹槽深度变化的非周期光栅结构来实现波传播的匹配，同时利用凹槽深度不变的单周期光栅结构进行表面等离子传播，该类器件加工方便，易于集成，传输效率高。

发明内容

技术问题：本发明目的是提供一种印制在介质板上的表面等离子高效传输线，并将单导体等离子传输线与传统50欧姆双导体共面波导传输线进行匹配，以便与传统集成电路相集成。该传输线工作于微波频段。通过控制非周期金属光栅结构中凹槽深度和金属导体边界的函数来实现传输线的匹配，设计满足工作频率的表面波传输，利用单周期凹槽光栅结构传输特性来实现表面波的传输。

技术方案：本发明的基于表面等离子体的传输线，包括印制在介质板薄膜上的刻有凹槽深度不同的非周期金属光栅结构、凹槽深度不变的单周期金属光栅结构、利用凹槽深度变化的非周期光栅结构匹配由共面波导支持的导波和等离子基元之间的高效匹配，利用凹槽深度不变的单周期光栅结构实现单导线表面等离子基元高效传播。具体结构为：

该高效表面等离子基元传输线，印制在介质基板上，该传输线为左右对称、上下对称结构，其中，在传输线端口部分，两侧金属导体和弧线形状的金属导体相连，且位于渐变非周期金属光栅和中间金属导体的上下两侧，中间金属导体、渐变非周期金属光栅和主体传输部分的周期性金属光栅顺序相连成为一个整体；其中，金属导体的相内边界是弧线，非周期的金属光栅的两侧是深度逐渐加深的凹槽，周期性金属光栅表面设有深度一致的凹槽；由两侧金属导体和中间金属导体构成双导体传输线-共面波导部分；由弧线形状的金属导体和渐变非周期金属光栅构成匹配转换部分；由周期性金属光栅构成的单导线-表面等离子体基元传输线部分。

该传输线端口部分是双导线结构，支持导波模式。

该传输线主体传输部分为刻有周期槽的单导线结构，支持表面等离子体基元。

有益效果：本发明具有以下优点：

1.本发明首次利用渐变非周期光栅结构实现了由传统共面波导到由单导线光栅结构的高效匹配，实现了导波到等离子基元之间的高效转换和传输。

2.本发明的金属导体可以刻蚀在一种厚度接近零的印制在介质基板上，实现了传输线的共面传播，分别刻有深度按照一定规律变化的非周期性凹槽；另一部分金属带上刻有深度单一的周期性凹槽，尺寸小，单元结构的长度、高度远小于工作波长，印刷金属的厚度远小于工作波长，可以使得波在其表面的高效传播。

3.本发明制作简单，两个端口是传统的双导体共勉波导结构，其阻抗为50欧姆，便于与传统集成电路匹配集成。

4.本发明可通过结构参数的缩放，适用于微波、毫米波和太赫兹波段。

附图说明

图1为本发明的实施结构示意图；

图2为图1中I，II，IV，V，VI的局部放大图，图中有：凹槽深度h、周期为p，凹槽的宽度为a，

图3是本发明S参数仿真和实测曲线图。

具体实施方式

参见图1，传输线为对称结构，输入端（IN）与输入端（OUT）是阻抗为50欧姆的共面波导，可以与传统的电路相结合。该共面波导为双导体结构，包括I区和II区，两导体之间的缝隙为g。

参见图2，图中标注了可以调整的参数，包括匹配转换部分II区和V区，为双导体传输到单导体传输之间的匹配转换，非周期凹槽处每个凹槽的深度h₁-h₈，凹槽宽度a、凹槽周期p和金属导体边界弧线满足的函数关系y=f(x)。周期凹槽处，为支持表面等离子基元的单导体传输线，其凹槽宽度a、凹槽周期p和槽深保持一致。

参见图3，图中给出实际加工出的样品的实验与仿真结果的S参数比较。可以看出，实验结果与仿真结果一致，S21在4-8GHz能够保证在-1dB以上，S11在4-8GHz都在-10dB以下，能够实现很高的传输效率。

本发明中支持表面波传播的复合周期金属光栅结构和单周期金属光栅结构，根据工作频段不同，可采用不同加工工艺如线切割或者光刻。

以上显示和描述了本发明的基本原理、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及其等效物界定。