[发明专利]基于交指型人工表面等离激元的过渡段紧凑型传输线

说明书

基于交指型人工表面等离激元的过渡段紧凑型传输线,涉及人工表面等离激元领域,为了解决基于H型SSPPs的传输线过渡段在低频通带内匹配效果不佳，单元结构和过渡段尺寸过大的问题。金属贴片分为共面波导段、过渡段和周期结构段；过渡段和周期结构段均由交指型SSPPs单元形成；交指型SSPPs单元包括2个凹形贴片和1个十字形贴片，十字形贴片的上下枝节分别位于2个凹形贴片的开口，两者之间留有缝隙；过渡段的交指型SSPPs单元的十字形贴片的上下枝节的长度、上下枝节与凹形贴片底部间横向缝隙的宽度由端部向中心逐渐增大，周期结构段的交指型SSPPs单元的尺寸统一。本发明可以实现单元的小型化，且在低频段匹配良好。

技术领域

本发明涉及人工表面等离激元领域，具体涉及基于交指型人工表面等离激元的过渡段紧凑型传输线。

背景技术

表面等离激元(surface plasmon polaritons，简称SPPs)是电子和光子在金属与介质交界面上一种约束形式的混合激发态，也可以说是在外部电磁场诱导下的金属表面自由电子的集体共振，从而产生沿金属与介质交界面传输的表面波。这种表面波一般工作在光频段，其特点是具有显著的亚波长约束、近场增强和慢波特性。由于该表面波是源于金属表面电子与电磁波的强相互耦合作用，SPPs的电磁场具有很强的表面约束性，所以能突破衍射极限，实现亚波长约束。这些特性使得SPPs在光波段及更高的频段范围具有很高的研究热度，研究人员们在光波导、探测器、传感器、调制器、非线性光学和微弱信号处理等光电子器件的研究中取得了诸多成果且具有着重要应用。为了将SPPs的优越性质延伸到微波波段，研究人员通过在金属表面挖周期分布亚波长尺寸的孔洞，来增强电磁波的渗透作用，实现电磁波的亚波长约束，同时改善金属和介质交界面上的场匹配条件，研究发现此类金属结构表面可以支持一种类型的表面波，该表面波的色散关系与表面等离激元的色散关系类似，故称该表面波为人工表面等离激元(spoof surface plasmon polaritons，简称SSPPs)。人工表面等离激元能通过改变金属表面结构的几何参数将SPPs的优越性能应用到微波频段。至今已有多种基于H型SSPPs的微波器件设计，而其中传输线过渡段设计往往不能保证在通带的低频范围内保持良好的传输系数，且使用的单元结构和过渡段尺寸较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决基于H型SSPPs的传输线过渡段在低频通带内匹配效果不佳，并且存在单元结构和过渡段尺寸过大的问题，从而提供基于交指型人工表面等离激元的过渡段紧凑型传输线。

本发明所述的基于交指型人工表面等离激元的过渡段紧凑型传输线，包括介质板和金属贴片；

金属贴片印制在介质板上；

金属贴片分为共面波导段1、过渡段2和周期结构段3；周期结构段3位于中心，由中心向两端依次对称式分布过渡段2和共面波导段1，过渡段2和周期结构段3均由交指型SSPPs单元形成；

交指型SSPPs单元包括2个凹形贴片和1个十字形贴片，十字形贴片的上下枝节4分别位于2个凹形贴片的开口，十字形贴片与凹形贴片之间留有缝隙；

过渡段2的多个交指型SSPPs单元的十字形贴片的上下枝节4的长度、上下枝节4与凹形贴片底部5间横向缝隙6的宽度由端部向中心逐渐增大，实现向周期结构段3的交指型SSPPs单元尺寸的过渡，周期结构段3的交指型SSPPs单元的尺寸统一。

优选的是，通过调节凹形贴片侧部7与十字形贴片的中心贴片8之间的纵向缝隙9的尺寸、十字形贴片的尺寸调节交指型SSPPs单元的等效阻抗。

优选的是，通过调节十字形贴片的上下枝节4与凹形贴片底部5间横向缝隙6的尺寸来调节传输线的截止频率。