[發明專利]基于人工表面等離激元的低損耗傳輸線

在審

• 申請號: 201610183259.3
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105703047A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 崔鐵軍;張浩馳;張茜;劉峻峰;湯文軒
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01P3/08
• 分類號: H01P3/08
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明是一種結合了人工表面等離激元的低損耗傳輸線，屬于新型人工電磁材料領 域。

背景技術

新型人工電磁材料(Metamaterials)是指電磁波在其中傳播時具有特殊傳導或者輻 射特性的人工復合材料，也可以說是一種可以人工設計、滿足特定等效介電常數和磁導 率要求的電磁材料。新型人工電磁材料是基于等效媒質理論，即可以通過改變新型人工 電磁材料單元結構的尺寸來改變等效介電常數和磁導率。經過十多年的發展，新型人工 電磁材料得到了長足的發展，在隱身、天線工程等方面都有廣泛的應用。

由于表面等離激元結構具有獨特的性質，在數據儲存、超分辨成像和負折射材料等 方面有著重要的應用前景，使其成為當前廣受國內外學者重視的熱點研究領域之一。為 了克服由于金屬在較低的頻段無法表現出其介電常數為負值的特性，近來，人們借助于 新型人工電磁材料的概念，利用周期褶皺結構成功模擬了表面等離激元在光波段的性 質，業內稱這種特殊結構為人工表面等離激元。這種新型的傳輸結構與傳統的光波段的 表面等離激元具有相似的特性可能成為微波電路未來發展的方向之一

微波傳輸線的損耗是電子傳輸系統中一個重要的問題，因為損耗可能導致信號的失 真等問題。對于傳統的微帶線，很難通過調整結構參數控制損耗。因此，人們選擇低損 耗材料和引入額外的空氣層襯底來減少損耗，但是這些方法增加了結構復雜性和制造成 本。而此次提供了一種關于人工表面等離激元的傳輸線證明具有更低的傳輸損耗，對于 將來的低損耗電路和系統都具有非常重要的意義。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種基于人工表面等離激元的低損耗傳輸線。在微 波頻段和傳統的微帶傳輸線相比相同大小的表面等離激元傳輸線具有更低的傳輸損耗。 并且這種優異的傳輸性能沒有增加額外的成本，這使得人工表面等離激元傳輸線被認為 是在微波電路和系統中最有潛力的傳輸線。此外，這種方法也適用于更高頻率。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于人工表面等離激元的低損耗傳輸線，包括介質基板及其上的金屬結構，所 述金屬結構包括共面波導、耦合結構和人工表面等離激元傳輸線；

所述人工表面等離激元傳輸線由中間向兩端依次連接耦合結構和共面波導；所述耦 合結構由從所述共面波導延伸出的開口弧面金屬結構和槽深漸變的周期性金屬結構組 成；

所述人工表面等離激元傳輸線由周期性排列的金屬單元組成；所述金屬單元上設置 有垂直于周期性排列人工表面等離激元長度方向的凹槽；所述凹槽位于所述周期性排列 人工表面等離激元同側，所述凹槽的深度和寬度均相同。

有益效果：與現有技術相比，本發明的優勢：

1.本發明制作簡單，加工方便。利用成熟的PCB加工技術可以完成對本發明的加工。

2.本發明提供一種基于人工表面等離激元的低損耗傳輸線。在較寬頻帶內，和同樣大 小的微帶線相比，人工表面等離激元傳輸線具有更低的傳輸損耗。

3.本發明在用于不同損耗角正切的介質材料時，也同樣具有更低傳輸損耗的性質。并 且這種性質同樣適用于更高頻率。

4.本發明同時具備便攜、重量輕、容易集成等優點。

附圖說明

圖1是本發明中人工表面等離激元傳輸線的單元結構。

圖2(a)是本發明中人工表面等離激元傳輸線的整體結構示意圖：其中1為人工 表面等離激元傳輸線，2為介質板。S1與S2為共面波導傳輸線到兩側地面的縫隙間距， L4為漸變共面波導地的長度，W2為漸變共面波導地的寬度，P為人工表面等離激元單 元長度，D為單元深度，A為人工表面等離激元單元縫隙寬度；(b)傳統的微帶線正 面結構示意圖：其中3為傳統的微帶傳輸線，4為介質板；在圖(a)和圖(b)中，L1、 為傳輸線的長度，L2是為了與端口50歐姆匹配的傳輸線，L3為漸變傳輸線的長度。

圖3是本發明中的人工表面等離激元傳輸線在介質無耗的情況下的傳輸情況。其 中，黑色實線是人工表面等離激元傳輸線的傳輸系數，黑色虛線是反射系數。

圖4是與本發明尺寸相同的傳統微帶線在介質無耗的情況下的傳輸情況。其中， 黑色實線是微帶線的傳輸系數，黑色虛線是反射系數。