[發明專利]一種采用叉指結構的可調諧人工表面等離激元傳輸線

在審

• 申請號: 202210028031.2
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN116470255A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 李艷祿;李雅楠;王蒙軍;魏豪毅
• 申請（專利權）人: 宏啟勝精密電子（秦皇島）有限公司;鵬鼎控股（深圳）股份有限公司;河北工業大學
• 主分類號: H01P3/08
• 分類號: H01P3/08
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識產權代理有限公司 44334
• 代理人: 饒婕

本發明公開了一種可自由調諧的人工表面等離激元傳輸線結構和應用。所設計的傳輸線采用了叉指H形人工表面等離激元結構，主要包括共面波導結構部分、過渡結構部分和SSPP部分三部分組成，其中共面波導段用于和平面微波結構進行連接，過渡結構和SSPP段分別由具有不同參數的SSPP單元組成，實現模式轉換和信號傳輸。SSPP單元的凹槽內設置有叉指結構，不僅可以進一步減小結構尺寸，還可以調控色散截止頻率。SSPP段內各單元之間通過叉指結構來耦合串聯連接，叉指結構的尺寸可以控制低頻截止頻率。因此，不同位置的叉指結構可以實現傳輸線高頻及低頻的自由調諧。本發明的結構具有小型化、柔性超薄和高靈活性等特點，在超小型高速通信系統中具有潛在的應用前景。

技術領域

本發明屬于微波傳輸線領域，具體是一種采用叉指結構的可調諧人工表面等離激元傳輸線，用于芯片與主板之間高頻信號傳輸的板載傳輸線結構。

背景技術

隨著5G通信的全面商業化，通信速率已提高至厘米波甚至毫米波頻段，因此，連接芯片和主板的傳輸線需要滿足小型、超薄、高頻、低損耗和高隔離性的應用需求。并且，伴隨著電子器件大功率、小型化和高集成度的發展趨勢，元件內部高分布密度或高工作頻率引起的電磁干擾問題愈加嚴重。傳統的微帶線、共面波導等結構由于嚴重的傳輸損耗和串擾，導致其不能直接應用在高頻電路。因此，迫切需要設計一種可工作在高頻下的新型傳輸線結構。

表面等離子體激元(SPP)是一種沿金屬和介質界面傳播的電磁波，電場在垂直于導體表面的方向上呈指數衰減，因此在微型化光子學、高靈敏度生物醫學傳感器和化學傳感等領域得到了廣泛的應用。人工表面等離激元(SSPP)是一種人工周期陣列結構，可在微波、毫米波和太赫茲波頻段模擬自然SPP在光波段或紅外頻段的物理特性，具有色散特性可控、截止頻率可調、強表面波束縛性以及可在超薄和柔性材料上長距離傳播等優點。一方面，SSPP是以TM模存在的表面波，為了與現有的微波電路集成需要進行模式轉換，但現有的過渡結構設計復雜，不利于加工制作。另一方面，SSPP結構的色散特性與尺寸密切相關，單元結構參數僅可以通過色散頻率來調節傳輸線的高截止頻率，不能靈活地獨立調控其上下截止頻率，限制了其在微波、毫米波領域的應用前景。

發明內容

為了解決以上背景技術和現有方法的不足，本發明設計了一種采用叉指結構的可調諧人工表面等離激元傳輸線，并分析了該結構的色散特性和傳輸特性，所涉及的結構具有可控的色散特性，以及可靈活地調節上、下截止頻率的特點，解決高頻板載傳輸線的信號完整性問題。

為了達到以上目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的采用叉指結構的可調諧SSPP傳輸線，包括下層柔性介質基底層和上層金屬導體層；所述上層金屬導體層包括沿x方向設置的共面波導結構部分、過渡結構部分、SSPP結構部分、過渡結構部分和共面波導結構部分；

所述過渡結構由五個第一類SSPP單元組成，分別為第一單元、第二單元、第三單元、第四單元和第五單元；

所述第一類SSPP單元包括兩側的第一地線和第一中心信號線，所述第一中心信號的上下兩側蝕刻有兩個第一矩形凹槽；

所述SSPP結構部分包括五個第二類SSPP單元，每兩個第二類SSPP之間由五級叉指結構進行耦合連接；

所述第二類SSPP單元包括兩側的第二地線和第二中心信號線，所述第二中心信號線的上下兩側蝕刻有兩個第二矩形凹槽，所述第二矩形凹槽內設置有四級叉指結構。

進一步地，所述共面波導結構部分沿x軸對稱，長度為L₁＝0.5mm，所述第一中心信號線和第二中心信號線的寬度均為H＝0.92mm，所述第一地線和所述第二地線的寬度均為w＝1mm，所述第一地線與所述第一中心信號線之間以及所述第二地線與所述第二中心信號線之間的間隙均為g＝0.085mm。