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】本發(fā)明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(jié)構(gòu)，所述MIM光柵結(jié)構(gòu)由內(nèi)側(cè)刻蝕周期矩形或者梯形凹槽的兩個(gè)金屬光柵結(jié)構(gòu)和絕緣體組成，金屬光柵結(jié)構(gòu)厚度小于百分之一工作波長(zhǎng)，金屬光柵結(jié)構(gòu)中的所述凹槽的形狀是：一條橫向長(zhǎng)直凹槽與多條垂直等距分布的長(zhǎng)度逐漸變化的縱向短直凹槽垂直相交構(gòu)成，凹槽深度、寬度和/或周期等幾何參數(shù)漸變，所述絕緣體是空氣或其他絕緣介質(zhì)；MIM光柵結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)置于介質(zhì)板上便于與有源器件集成。
【專利說(shuō)明】一種基于寬帶慢波系統(tǒng)的多路分波器

【技術(shù)領(lǐng)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(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)微波段、毫米波段或太赫茲波段的分波功能。

【背景技術(shù)】
[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(xué)衍射極限的限制，因而可用于構(gòu)造緊湊小型化元件，在表面或界面技術(shù)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面具有重要應(yīng)用，已形成表面等離子學(xué)。通過(guò)在理想導(dǎo)體表面加工周期微結(jié)構(gòu)(其特征尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng))形成的人工電磁結(jié)構(gòu)能夠支持仿表面等離激元的傳播。利用人工電磁結(jié)構(gòu)能夠更方便地操縱電磁波的傳播，實(shí)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(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)還存在以下不足:1.還沒(méi)有可以簡(jiǎn)單有效地釋放被束縛電磁波的方法，前人提出過(guò)可以在金屬凹槽中充填對(duì)溫度敏感的介質(zhì)材料，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的介電常數(shù)來(lái)改變慢波結(jié)構(gòu)的色散關(guān)系，從而釋放被束縛電磁波。不過(guò)該方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而且精度難以控制；2.已提出的結(jié)構(gòu)是純金屬結(jié)構(gòu)，且金屬的厚度一般近似為無(wú)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(jié)構(gòu)寬帶慢波系統(tǒng)，并提出一種簡(jiǎn)單有效的方式來(lái)釋放被束縛的電磁波，從而實(shí)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(duì)現(xiàn)有技術(shù)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(shí)現(xiàn)多路分波。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:本發(fā)明提出的基于MIM光柵結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)是由介質(zhì)板上非常薄的MIM光柵結(jié)構(gòu)組成，該MIM光柵結(jié)構(gòu)由內(nèi)側(cè)刻蝕周期矩形或者梯形等凹槽的兩個(gè)金屬光柵結(jié)構(gòu)和絕緣體組成，金屬光柵結(jié)構(gòu)厚度很小(小于百分之一工作波長(zhǎng))，金屬光柵結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhǎng)度的短截線分支結(jié)構(gòu)，該分支結(jié)構(gòu)由介質(zhì)板內(nèi)側(cè)無(wú)凹槽的兩片金屬和絕緣體組成，其長(zhǎng)度(從凹槽末端開始計(jì)算)應(yīng)為該分支波導(dǎo)波長(zhǎng)Ag的四分之一的奇數(shù)倍，這種特定長(zhǎng)度分支結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑹`于凹槽中的電磁波引導(dǎo)出來(lái)，在不同位置凹槽末端引入不同長(zhǎng)度分支結(jié)構(gòu)，就可以將束縛于不同位置處的不同頻率電磁波釋放出來(lái)并使其分別沿著不同的短截線分支傳播，從而實(shí)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(duì)凹槽復(fù)合組成，通過(guò)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(jié)構(gòu)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(gòu)思本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
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M(fèi)IM光柵結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述MIM光柵結(jié)構(gòu)由內(nèi)側(cè)刻蝕周期矩形或者梯形凹槽的兩個(gè)金屬光柵結(jié)構(gòu)和絕緣體組成，金屬光柵結(jié)構(gòu)厚度小于百分之一工作波長(zhǎng)，金屬光柵結(jié)構(gòu)中的所述凹槽的形狀是:一條橫向長(zhǎng)直凹槽與多條垂直等距分布的長(zhǎng)度逐漸變化的縱向短直凹槽垂直相交構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)置于介質(zhì)板上便于與有源器件集成。
[0005]在若干所述縱向短直凹槽末端引入不同長(zhǎng)度的短截線分支結(jié)構(gòu)，該分支結(jié)構(gòu)由介質(zhì)板延伸出凸極中間刻蝕縱向短直凹槽的延長(zhǎng)槽而形成兩片金屬和延長(zhǎng)槽中的絕緣體組成’其長(zhǎng)度^”匕^卩匕彡從凹槽末端開始計(jì)算應(yīng)為該分支波導(dǎo)波長(zhǎng)λ g的四分之一的奇數(shù)倍。這種特定長(zhǎng)度分支結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑹`于凹槽中的電磁波引導(dǎo)出來(lái)，在不同位置縱向短直凹槽末端引入不同長(zhǎng)度分支結(jié)構(gòu)，就可以將束縛于不同位置處的不同頻率電磁波釋放出來(lái)并使其分別沿著不同的短截線分支傳播，從而實(shí)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(lì)源來(lái)激發(fā)MIM光柵結(jié)構(gòu)中的表面電磁波。
[0006]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(zhǎng)槽的前端引入濾波器，該濾波器由深和淺一對(duì)與所述延長(zhǎng)槽垂直相交的凹槽復(fù)合組成，通過(guò)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(jié)構(gòu)將不需要的低頻頻率分量濾除。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)
I K
少:
本發(fā)明首次實(shí)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(chǔ)上通過(guò)引入特定長(zhǎng)度短截線分支結(jié)構(gòu)可以方便地釋放被束縛的電磁波，從而實(shí)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(jié)構(gòu)不同位置處的不同頻率電磁波，是一種實(shí)現(xiàn)分波功能的新方法，并且該實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單有效，便于加工和現(xiàn)有成熟工藝兼容。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明提出的基于MIM光柵結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)的原理圖。
[0009]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。
[0010]圖3是本發(fā)明中基于寬帶慢波器的多路分波器結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白理解，下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0012]實(shí)施例一:
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M(fèi)IM光柵結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述MIM光柵結(jié)構(gòu)由內(nèi)側(cè)刻蝕周期矩形或者梯形凹槽(6)的兩個(gè)金屬光柵結(jié)構(gòu)(3、4)和絕緣體(5)組成，金屬光柵結(jié)構(gòu)(3、4)厚度小于百分之一工作波長(zhǎng)，金屬光柵結(jié)構(gòu)中的所述凹槽(6)的形狀是:一條橫向長(zhǎng)直凹槽與多條垂直等距分布的長(zhǎng)度逐漸變化的縱向短直凹槽垂直相交構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)置于介質(zhì)板上便于與有源器件集成。
[0013]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下:
在若干所述縱向短直凹槽末端引入不同長(zhǎng)度的短截線分支結(jié)構(gòu)(7、8、9、10)，該分支結(jié)構(gòu)由介質(zhì)板(2)延伸出凸極中間刻蝕縱向短直凹槽的延長(zhǎng)槽而形成兩片金屬和延長(zhǎng)槽中的絕緣體(5)組成，其長(zhǎng)度(Z1、Z2、Z3、Z4)從凹槽末端開始計(jì)算應(yīng)為該分支波導(dǎo)波長(zhǎng)Xg的四分之一的奇數(shù)倍。這種特定長(zhǎng)度分支結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑹`于凹槽中的電磁波引導(dǎo)出來(lái)，在不同位置縱向短直凹槽末端引入不同長(zhǎng)度分支結(jié)構(gòu)(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(lái)并使其分別沿著不同的短截線分支傳播，從而實(shí)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(lì)源來(lái)激發(fā)MIM光柵結(jié)構(gòu)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(zhǎng)槽的前端引入濾波器(11、12)，該濾波器(11、12)由深和淺一對(duì)與所述延長(zhǎng)槽垂直相交的凹槽復(fù)合組成，通過(guò)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(jié)構(gòu)將不需要的低頻頻率分量濾除。
[0014]實(shí)施例三:
參見圖1和2，本基于MIM光柵結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)寬帶慢波的原理與前人所述相同，不同的是本實(shí)施例中的金屬光柵厚度d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6介質(zhì)板上層金屬光柵厚度為?、、金屬凹槽寬度和周期分為#和P、凹槽深度而/7是漸變的、空氣縫寬度tair。介質(zhì)板背面的微帶線(I)的金屬厚度也為?，作為激勵(lì)源來(lái)激發(fā)MIM光柵結(jié)構(gòu)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(huì)逐漸減小，甚至減為零，表明該電磁波會(huì)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。
[0015]參見圖3，圖3中包括:刻有深度漸變的金屬凹槽結(jié)構(gòu)的寬帶慢波系統(tǒng)，以及四個(gè)不同長(zhǎng)度的波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu)(7、8、9、10)，微帶線波導(dǎo)(I)。四個(gè)波導(dǎo)分支長(zhǎng)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(shí)施例為四路)，通過(guò)在電磁波被束縛處引入特定長(zhǎng)度的短截線分支結(jié)構(gòu)(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(lái)并使其分別沿著不同的短截線分支傳播，從而實(shí)現(xiàn)多路分波的功能。這里的特定長(zhǎng)度指該短截線波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu)中電磁波波導(dǎo)波長(zhǎng)的四分之一的奇數(shù)倍(本例選用三倍的四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng))，使用介質(zhì)板背面的微帶線(I)作為激勵(lì)源來(lái)激發(fā)MIM光柵結(jié)構(gòu)中的表面電磁波；圖3給出的實(shí)施例以四路分波器為例，超過(guò)4個(gè)分支也是可以的。
[0016]本實(shí)施例中支持表面波傳播的金屬光柵結(jié)構(gòu)根據(jù)工作頻段不同，可采用不同加工工藝加以實(shí)現(xiàn)，例如PCB工藝、電火花線切割技術(shù)或者光刻工藝等。
[0017]本實(shí)施例中，首先通過(guò)電磁仿真工具分析MM光柵結(jié)構(gòu)的色散曲線，通過(guò)控制有限厚度金屬光柵結(jié)構(gòu)的表面凹槽深度的漸變，實(shí)現(xiàn)寬帶慢波的功能，從而選取不同的位置引入波導(dǎo)分支，實(shí)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(jié)構(gòu)加工比較簡(jiǎn)單。
[0018]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(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)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(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)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(jié)構(gòu)，其特征在于:所述MIM光柵結(jié)構(gòu)由內(nèi)側(cè)刻蝕周期矩形或者梯形凹槽(6)的兩個(gè)金屬光柵結(jié)構(gòu)(3、4)和絕緣體(5)組成，金屬光柵結(jié)構(gòu)(3、4)厚度小于百分之一工作波長(zhǎng)，金屬光柵結(jié)構(gòu)中的所述凹槽(6)的形狀是:一條橫向長(zhǎng)直凹槽與多條垂直等距分布的長(zhǎng)度逐漸變化的縱向短直凹槽垂直相交構(gòu)成，凹槽深度、寬度和周期等幾何參數(shù)漸變，所述絕緣體是空氣和/或其他絕緣介質(zhì)，MIM光柵結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)置于介質(zhì)板上便于與有源器件集成。
2.根據(jù)權(quán)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(zhǎng)度的短截線分支結(jié)構(gòu)(7、8、9、10)，該分支結(jié)構(gòu)由介質(zhì)板(2)延伸出凸極中間刻蝕縱向短直凹槽的延長(zhǎng)槽而形成兩片金屬和延長(zhǎng)槽中的絕緣體(5)組成’其長(zhǎng)度^”匕^卩匕彡從凹槽末端開始計(jì)算應(yīng)為該分支波導(dǎo)波長(zhǎng)λ 8的四分之一的奇數(shù)倍；這種特定長(zhǎng)度分支結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑹`于凹槽中的電磁波引導(dǎo)出來(lái)，在不同位置縱向短直凹槽末端引入不同長(zhǎng)度分支結(jié)構(gòu)(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(lái)并使其分別沿著不同的短截線分支傳播，從而實(shí)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(lì)源來(lái)激發(fā)MIM光柵結(jié)構(gòu)中的表面電磁波。
3.根據(jù)權(quán)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(zhǎng)槽的前端引入濾波器(11、12)，該濾波器(11、12)由深和淺一對(duì)與所述延長(zhǎng)槽垂直相交的凹槽復(fù)合組成，通過(guò)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(jié)構(gòu)將不需要的低頻頻率分量濾除。
【文檔編號(hào)】H01P1/213GK104269595SQ201410492509
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】周永金 申請(qǐng)人:上海大學(xué)