一種基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器。它包括介質(zhì)板及其上薄的金屬-絕緣體-金屬（MIM）光柵結構，所述MIM光柵結構由內(nèi)側刻蝕周期矩形或者梯形凹槽的兩個金屬光柵結構和絕緣體組成，金屬光柵結構厚度小于百分之一工作波長，金屬光柵結構中的所述凹槽的形狀是：一條橫向長直凹槽與多條垂直等距分布的長度逐漸變化的縱向短直凹槽垂直相交構成，凹槽深度、寬度和周期等幾何參數(shù)漸變，絕所述緣體是空氣或其他絕緣介質(zhì)；MIM光柵結構的功能是使不同頻率的電磁波束縛在的不同位置的凹槽中，MIM光柵結構置于介質(zhì)板上便于與有源器件集成。
【專利說明】一種基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器，該多路分波器可用于通信領域，以實現(xiàn)微波段、毫米波段或太赫茲波段的分波功能。

【背景技術】
[0002]表面等離激元是束縛于金屬與介質(zhì)表面的電磁波，不受光學衍射極限的限制，因而可用于構造緊湊小型化元件，在表面或界面技術及數(shù)據(jù)存儲等方面具有重要應用，已形成表面等離子學。通過在理想導體表面加工周期微結構(其特征尺寸遠小于波長)形成的人工電磁結構能夠支持仿表面等離激元的傳播。利用人工電磁結構能夠更方便地操縱電磁波的傳播，實現(xiàn)多種新型功能器件。目前已提出的基于漸變金屬凹槽結構的寬帶慢波系統(tǒng)還存在以下不足:1.還沒有可以簡單有效地釋放被束縛電磁波的方法，前人提出過可以在金屬凹槽中充填對溫度敏感的介質(zhì)材料，通過溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的介電常數(shù)來改變慢波結構的色散關系，從而釋放被束縛電磁波。不過該方法實現(xiàn)復雜而且精度難以控制；2.已提出的結構是純金屬結構，且金屬的厚度一般近似為無限大，這樣不利于與其它平面有源器件集成。本發(fā)明提出一種便于與平面有源器件集成的MIM光柵結構寬帶慢波系統(tǒng)，并提出一種簡單有效的方式來釋放被束縛的電磁波，從而實現(xiàn)一種多路分波器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器，實現(xiàn)多路分波。為達到上述目的，本發(fā)明的構思是:本發(fā)明提出的基于MIM光柵結構的寬帶慢波系統(tǒng)是由介質(zhì)板上非常薄的MIM光柵結構組成，該MIM光柵結構由內(nèi)側刻蝕周期矩形或者梯形等凹槽的兩個金屬光柵結構和絕緣體組成，金屬光柵結構厚度很小(小于百分之一工作波長)，金屬光柵結構中的凹槽深度、寬度和/或周期等幾何參數(shù)漸變，絕緣體可以是空氣或其他絕緣介質(zhì)，很薄的MIM光柵結構的功能是使不同頻率的電磁波束縛在的不同位置的凹槽中，在凹槽末端引入不同長度的短截線分支結構，該分支結構由介質(zhì)板內(nèi)側無凹槽的兩片金屬和絕緣體組成，其長度(從凹槽末端開始計算)應為該分支波導波長Ag的四分之一的奇數(shù)倍，這種特定長度分支結構能夠?qū)⑹`于凹槽中的電磁波引導出來，在不同位置凹槽末端引入不同長度分支結構，就可以將束縛于不同位置處的不同頻率電磁波釋放出來并使其分別沿著不同的短截線分支傳播，從而實現(xiàn)多路分波的功能。為增加各短截線分支間的隔離度，可在短截線分支的前端引入濾波器，該濾波器由深和淺一對凹槽復合組成，通過調(diào)節(jié)深淺凹槽的深度、單元數(shù)目等可以調(diào)節(jié)濾波器的帶阻特性，從而為高頻分支結構將不需要的低頻頻率分量濾除，改善各分支間的隔離度。該多路分波器可工作于微波段、毫米波段和太赫茲波段。
[0004]根據(jù)上述發(fā)明構思本發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]一種基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器，包括介質(zhì)板及其上薄的金屬-絕緣體-金屬MIM光柵結構，其特征在于:所述MIM光柵結構由內(nèi)側刻蝕周期矩形或者梯形凹槽的兩個金屬光柵結構和絕緣體組成，金屬光柵結構厚度小于百分之一工作波長，金屬光柵結構中的所述凹槽的形狀是:一條橫向長直凹槽與多條垂直等距分布的長度逐漸變化的縱向短直凹槽垂直相交構成，凹槽深度、寬度和周期等幾何參數(shù)漸變，絕所述緣體是空氣或其他絕緣介質(zhì)；MIM光柵結構的功能是使不同頻率的電磁波束縛在的不同位置的凹槽中，MIM光柵結構置于介質(zhì)板上便于與有源器件集成。
[0006]在若干所述縱向短直凹槽末端引入不同長度的短截線分支結構，該分支結構由介質(zhì)板延伸出凸極中間刻蝕縱向短直凹槽的延長槽而形成兩片金屬和延長槽中的絕緣體組成’其長度^”匕^卩匕彡從凹槽末端開始計算應為該分支波導波長λ g的四分之一的奇數(shù)倍。這種特定長度分支結構能夠?qū)⑹`于凹槽中的電磁波引導出來，在不同位置縱向短直凹槽末端引入不同長度分支結構，就可以將束縛于不同位置處的不同頻率電磁波釋放出來并使其分別沿著不同的短截線分支傳播，從而實現(xiàn)多路分波的功能，使用介質(zhì)板背面的微帶線作為激勵源來激發(fā)MIM光柵結構中的表面電磁波。
[0007]為增加各短截線分支間的隔離度，可在所述短截線分支延長槽的前端引入濾波器，該濾波器由深和淺一對與所述延長槽垂直相交的凹槽復合組成，通過調(diào)節(jié)深淺凹槽的深度、單元數(shù)目可調(diào)節(jié)濾波器的帶阻特性，從而為高頻分支結構將不需要的低頻頻率分量濾除。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著技術進步:
[0009]本發(fā)明首次實現(xiàn)了一種便于平面集成的寬帶慢波系統(tǒng)，特別是在該寬帶慢波基礎上通過引入特定長度短截線分支結構可以方便地釋放被束縛的電磁波，從而實現(xiàn)了多路分波器。該分波器可以有效地分離束縛于MIM光柵結構不同位置處的不同頻率電磁波，是一種實現(xiàn)分波功能的新方法，并且該實現(xiàn)簡單有效，便于加工和現(xiàn)有成熟工藝兼容。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明提出的基于MIM光柵結構的寬帶慢波系統(tǒng)的原理圖。
[0011]圖2是圖1寬帶慢波系統(tǒng)中不同頻率電磁波的群速度隨凹槽深度變化的曲線圖。
[0012]圖3是本發(fā)明中基于寬帶慢波器的多路分波器結構示意圖。

【具體實施方式】
[0013]為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白理解，下面結合附圖和優(yōu)選實施例，進一步闡述本發(fā)明。
[0014]實施例一:
[0015]參見圖1和圖3，本基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器，包括介質(zhì)板(2)及其上薄的金屬-絕緣體-金屬MIM光柵結構，其特征在于:所述MIM光柵結構由內(nèi)側刻蝕周期矩形或者梯形凹槽(6)的兩個金屬光柵結構(3、4)和絕緣體(5)組成，金屬光柵結構(3、4)厚度小于百分之一工作波長，金屬光柵結構中的所述凹槽(6)的形狀是:一條橫向長直凹槽與多條垂直等距分布的長度逐漸變化的縱向短直凹槽垂直相交構成，凹槽深度、寬度和周期等幾何參數(shù)漸變，所述絕緣體是空氣或其他絕緣介質(zhì)，MIM光柵結構的功能是使不同頻率的電磁波束縛在的不同位置的凹槽中，MIM光柵結構置于介質(zhì)板上便于與有源器件集成。
[0016]實施例二:
[0017]本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:
[0018]在若干所述縱向短直凹槽末端引入不同長度的短截線分支結構(7、8、9、10)，該分支結構由介質(zhì)板(2)延伸出凸極中間刻蝕縱向短直凹槽的延長槽而形成兩片金屬和延長槽中的絕緣體(5)組成，其長度(Α、Ζ2、Ζ3、Ζ4)從凹槽末端開始計算應為該分支波導波長入8的四分之一的奇數(shù)倍。這種特定長度分支結構能夠?qū)⑹`于凹槽中的電磁波引導出來，在不同位置縱向短直凹槽末端引入不同長度分支結構(7、8、9、10)，就可以將束縛于不同位置處的不同頻率電磁波釋放出來并使其分別沿著不同的短截線分支傳播，從而實現(xiàn)多路分波的功能，使用介質(zhì)板(2)背面的微帶線(I)作為激勵源來激發(fā)MIM光柵結構中的表面電磁波；為增加各短截線分支間的隔離度，可在所述短截線分支延長槽的前端引入濾波器(11、12)，該濾波器(11、12)由深和淺一對與所述延長槽垂直相交的凹槽復合組成，通過調(diào)節(jié)深淺凹槽的深度、單元數(shù)目可調(diào)節(jié)濾波器的帶阻特性，從而為高頻分支結構將不需要的低頻頻率分量濾除。
[0019]實施例三:
[0020]參見圖1和2，本基于MIM光柵結構的寬帶慢波系統(tǒng)，實現(xiàn)寬帶慢波的原理與前人所述相同，不同的是本實施例中的金屬光柵厚度V很薄，而且是置于介質(zhì)基板上，這樣便于與平面有源器件集成；圖1中介質(zhì)基板厚度為4介質(zhì)板上層金屬光柵厚度為?、、金屬凹槽寬度和周期分為ff和/7、凹槽深度Chp是漸變的、空氣縫寬度w_air。介質(zhì)板背面的微帶線
(I)的金屬厚度也為?，作為激勵源來激發(fā)MIM光柵結構中的表面電磁波。圖2中可以看出，隨凹槽深度增加，不同頻率電磁波的群速度會逐漸減小，甚至減為零，表明該電磁波會被束縛于該凹槽處，不再繼續(xù)向前傳播，不同頻率電磁波的截止位置不同。
[0021]參見圖3，圖3中包括:刻有深度漸變的金屬凹槽結構的寬帶慢波系統(tǒng)，以及四個不同長度的波導分支結構(7、8、9、10)，微帶線波導(I )。四個波導分支長度分別為Α、Ζ2、Ζ3和Ζ4。本基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器(本實施例為四路)，通過在電磁波被束縛處引入特定長度的短截線分支結構(7、8、9、10)，可以將束縛于不同位置處的不同頻率電磁波釋放出來并使其分別沿著不同的短截線分支傳播，從而實現(xiàn)多路分波的功能。這里的特定長度指該短截線波導分支結構中電磁波波導波長的四分之一的奇數(shù)倍(本例選用三倍的四分之一波導波長)，使用介質(zhì)板背面的微帶線(I)作為激勵源來激發(fā)MIM光柵結構中的表面電磁波；圖3給出的實施例以四路分波器為例，超過4個分支也是可以的。
[0022]本實施例中支持表面波傳播的金屬光柵結構根據(jù)工作頻段不同，可采用不同加工工藝加以實現(xiàn)，例如PCB工藝、電火花線切割技術或者光刻工藝等。
[0023]本實施例中，首先通過電磁仿真工具分析MM光柵結構的色散曲線，通過控制有限厚度金屬光柵結構的表面凹槽深度的漸變，實現(xiàn)寬帶慢波的功能，從而選取不同的位置引入波導分支，實現(xiàn)多路分波的功能。微波段、毫米波段和太赫茲波段的有限厚度金屬光柵結構加工比較簡單。
[0024]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器，包括介質(zhì)板(2)及其上薄的金屬-絕緣體-金屬(MIM)光柵結構，其特征在于:所述MIM光柵結構由內(nèi)側刻蝕周期矩形或者梯形凹槽(6)的兩個金屬光柵結構(3、4)和絕緣體(5)組成，金屬光柵結構(3、4)厚度小于百分之一工作波長，金屬光柵結構中的所述凹槽(6)的形狀是:一條橫向長直凹槽與多條垂直等距分布的長度逐漸變化的縱向短直凹槽垂直相交構成，凹槽深度、寬度和周期等幾何參數(shù)漸變。
2.根據(jù)權利要求書I所述的基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器，其特征在于:在若干所述縱向短直凹槽末端引入不同長度的短截線分支結構(7、8、9、10)，該分支結構由介質(zhì)板(2)延伸出凸極中間刻蝕縱向短直凹槽的延長槽而形成兩片金屬和延長槽中的絕緣體(5)組成’其長度^”匕^卩匕彡從凹槽末端開始計算應為該分支波導波長λ 8的四分之一的奇數(shù)倍。
3.根據(jù)權利要求書2所述的基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器，其特征在于:為增加各短截線分支間的隔離度，可在所述短截線分支延長槽的前端引入濾波器(11、12)，該濾波器(11、12)由深和淺一對與所述延長槽垂直相交的凹槽復合組成。
【文檔編號】H01P1/213GK204088538SQ201420550860
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權日:2014年9月24日
【發(fā)明者】周永金 申請人:上海大學