[發明專利]基于人工表面等離極化激元的定向耦合器

無效

• 申請號: 201210355249.5
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102856622A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 崔鐵軍;沈曉鵬;趙沛;楊艷
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01P5/18
• 分類號: H01P5/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于人工表面等離極化激元領域，具體涉及一種基于人工表面等離極化激元的定向耦合器。

背景技術

基于表面等離極化激元（Surface?Plasmon?Polariton）的波導可以傳導與傳統光子電路相同大小帶寬的電磁波，并且不受衍射極限的限制。這使得SPP器件在將來很可能實現光子與電子元器件在納米尺度上的完美結合，因此廣受學者關注。

然而自然界的SPP僅存在于光波段，為了在較低頻段（THz、GHz）實現SPP，人們提出了人工表面等離極化激元（Spoof?Surface?Plasmon?Polariton）。SSPP是一種可以人工設計，通過改變結構參數，改變表面波色散曲線的新型材料。經過近幾年的發展，SSPP得到了長足的發展，在器件設計上有著廣泛的應用。

定向耦合器是一種通用的微波/毫米波部件，可用于信號的隔離、分離和混合，如功率的監測、源輸出功率穩幅、信號源隔離、傳輸和反射的掃頻測試等。主要技術指標有方向性、駐波比、耦合度、插入損耗。定向耦合器是微波系統中應用廣泛的一種微波器件，它的本質是將微波信號按一定的比例進行功率分配。現有的定向耦合器由傳輸線構成，同軸線、矩形波導、圓波導、帶狀線和微帶線構成，所以從結構來看定向耦合器種類繁多，差異很大。但從它的耦合機理來看主要分為四種，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配雙T。傳統的波導結構，例如雙線傳輸線、同軸線，當頻率升高到微波段時，傳輸損耗就十分之大。

因此，需要一種新的定向耦合器。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供一種基于人工表面等離極化激元的定向耦合器。

為實現上述發明目的，本發明基于人工表面等離極化激元的定向耦合器可采用如下技術方案：

一種基于人工表面等離極化激元的定向耦合器，包括輸入端、隔離端、耦合端、直通端和耦合段，所述基于人工表面等離極化激元的定向耦合器為平面結構，所述輸入端、隔離端、耦合端、直通端和耦合段均由平面等離極化激元波導組成，所述平面等離極化激元波導由周期性排列的金屬單元組成，所述金屬單元上均設置有垂直于所述平面等離極化激元波導長度方向的凹槽，所述凹槽均位于所述周期漸變平面等離極化激元波導的同側，其中，所述輸入端、隔離端、耦合端和直通端均由單個平面等離極化激元波導組成，所述耦合段由并列設置的第一平面等離極化激元波導和第二平面等離極化激元波導組成，所述第一平面等離極化激元波導的凹槽和所述第二平面等離極化激元波導凹槽相對設置，所述輸入端連接所述第一平面等離極化激元波導的一端，所述直通端連接所述第一平面等離極化激元波導的另一端；所述隔離端連接所述第二平面等離極化激元波導的一端，所述耦合端連接所述第二平面等離極化激元波導的另一端，其中，所述輸入端和所述隔離端設置在所述耦合段的一端，所述耦合端和所述直通端設置在所述耦合段的另一端。

發明原理：本發明的基于人工表面等離極化激元的定向耦合器，其單元結構為金屬單元和位于金屬單元上的凹槽結構。當電磁波從輸入端激勵時，入射電磁波會在器件表面形成表面波，經過中間耦合段的耦合后，不同波長的電磁波會按不同的比例在直通端和耦合端輸出。可以使特定頻段內不同波長的電磁波在不同端口輸出，并且通過等比例放大或縮小尺寸就可以使其工作在任意頻段內，具有很高的應用價值。

與背景技術相比，本發明提供了一種基于人工表面等離極化激元的定向耦合器可以使特定頻段內不同波長的電磁波在不同端口輸出，具有很高的應用價值。本發明的定向耦合器的工作帶寬大，可以使特定頻段的電磁波從不同的端口輸出，并且可以通過等比例放大或縮小尺寸就可以使其工作在任意頻段內。本發明結構簡單，為金屬單元和位于金屬單元上的凹槽周期排列組成。相比于其他傳輸線結構，例如導體夾帶介質層的帶狀線、微帶線等，結構十分簡單。本發明的傳輸損耗小，電磁波可以傳播幾十個周期結構。傳統的波導結構，例如雙線傳輸線、同軸線，當頻率升高到微波段時，傳輸損耗就十分之大。

附圖說明

圖1是本發明定向耦合器的仿真結構示意圖；

圖2是本發明定向耦合器的實物圖；

圖3是本發明定向耦合器金屬單元的主視圖；

圖4是本發明定向耦合器金屬單元的俯視圖；

圖5是本實施例定向耦合器頻率-輸出的二維電場仿真關系圖，其中，（a）8.8GHz；（b）9.6GHz；（c）10.2GHz；

圖6是本實施例定向耦合器頻率-輸出的仿真擬合曲線。

具體實施方式