專利名稱：多方向表面波分波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多方向表面波分波器，尤其涉及一種基于圓柱線波導(dǎo)的多方向表面波分波器天線，可用于通信領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)微波段或太赫茲波段波分多工器等功能。
背景技術(shù)：
人工表面等離子激元(表面波)不受衍射極限的限制，因而可用于構(gòu)造緊湊元件， 在表面或界面技術(shù)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面有重要應(yīng)用。通常采用的人工表面等離子激元耦合結(jié)構(gòu)包括棱鏡、縫隙和金屬光柵等。對(duì)于棱鏡和光柵結(jié)構(gòu)，入射波本身是很大的噪聲源。盡管從光/電尺寸厚的金屬膜上的亞波長(zhǎng)縫隙背面入射能夠消除這種問題，但控制和操縱自由空間太赫茲波束的傳播需要熟練的經(jīng)驗(yàn)并且要求樣品要在直視線范圍內(nèi)，同時(shí)需要人工磁壁來支持橫磁(TM)波傳播。我們提出了一種簡(jiǎn)單有效的通過圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)表面刻有凹槽的金屬平板上的人工表面等離子激元的方法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種多方向表面波分波器，該多方向表面波分波器可工作于微波段和太赫茲波段。通過控制金屬光柵結(jié)構(gòu)的表面凹槽深度、表面凹槽寬度、 表面凹槽的周期性和金屬平板的厚度來改變金屬表面的色散曲線，設(shè)計(jì)滿足工作頻段的金屬光柵結(jié)構(gòu)。用支持表面波傳播的圓柱線波導(dǎo)來激勵(lì)金屬光柵結(jié)構(gòu)上的表面波。技術(shù)方案一種多方向表面波分波器，包括圓柱線波導(dǎo)和多個(gè)表面刻有凹槽的金屬平板，各個(gè)金屬平板的一端連接于圓柱線波導(dǎo)，環(huán)繞在圓柱線波導(dǎo)周圍，通過圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)表面刻有凹槽的金屬平板上的表面波；各個(gè)金屬平板作為分波器的各個(gè)分支，其上的凹槽參數(shù)不同；各個(gè)工作頻段對(duì)應(yīng)的各個(gè)分支上的凹槽結(jié)構(gòu)是通過調(diào)整凹槽參數(shù)，即凹槽深度、凹槽寬度、凹槽的周期性和金屬平板的厚度，來改變金屬平板表面的色散曲線實(shí)現(xiàn)。分波器的微波段的實(shí)現(xiàn)是用外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體作為圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)各個(gè)分支金屬平板上的表面波。分波器的太赫茲(THz)波段的實(shí)現(xiàn)是直接用金屬圓柱線作為圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)刻有凹槽的金屬平板的表面波。金屬平板的材質(zhì)對(duì)分波功能影響很小，一般選擇價(jià)格便宜的金屬如鋁材、不銹鋼寸。本發(fā)明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如線切割或者光刻。微波段的圓柱線波導(dǎo)可以通過將同軸線的內(nèi)導(dǎo)體外伸來實(shí)現(xiàn)，而內(nèi)導(dǎo)體延伸的長(zhǎng)度、內(nèi)導(dǎo)體的外徑和金屬光柵的厚度等都會(huì)影響圓柱線波導(dǎo)上的場(chǎng)到金屬光柵上的場(chǎng)的耦合效率。而考慮到損耗和色散，太赫茲波段的圓柱線波導(dǎo)可直接用圓柱形金屬導(dǎo)線來實(shí)現(xiàn)，通過光導(dǎo)天線將太赫茲脈沖耦合到圓柱形金屬導(dǎo)線。有益效果本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了基于金屬結(jié)構(gòu)的多方向分波功能。2、本發(fā)明中所提出的用圓柱線波導(dǎo)激勵(lì)表面波的方法，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單有效，便于加工， 適用范圍廣。


圖1-1為太赫茲波段實(shí)現(xiàn)實(shí)施例示意圖；圖1-2為微波段實(shí)現(xiàn)實(shí)施例示意圖。圖中，金屬圓柱線11、同軸線內(nèi)導(dǎo)體21、各個(gè)表面刻有凹槽的金屬平板2。圖2是金屬光柵結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 5是金屬光柵結(jié)構(gòu)在不同凹槽深度h、凹槽寬度w和凹槽的周期性ρ時(shí)的色散特性示意圖。圖6-1、6-2和6-3是本發(fā)明的各分支上的電場(chǎng)功率分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本技術(shù)方案作進(jìn)一步說明一種多方向表面波分波器，包括圓柱線波導(dǎo)和多個(gè)表面刻有凹槽的金屬平板，各個(gè)金屬平板的一端連接于圓柱線波導(dǎo)，環(huán)繞在圓柱線波導(dǎo)周圍，通過圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)表面刻有凹槽的金屬平板上的表面波；各個(gè)金屬平板作為分波器的各個(gè)分支，其上的凹槽參數(shù)不同；各個(gè)工作頻段對(duì)應(yīng)的各個(gè)分支上的凹槽結(jié)構(gòu)是通過調(diào)整凹槽參數(shù)，即凹槽深度、凹槽寬度、凹槽的周期性和金屬平板的厚度，來改變金屬平板表面的色散曲線實(shí)現(xiàn)。參考圖1-1，分波器的太赫茲(THz)波段的實(shí)現(xiàn)是直接用金屬圓柱線作為圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)刻有凹槽的金屬平板的表面波。參考圖1-2，分波器的微波段的實(shí)現(xiàn)是用外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體作為圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)各個(gè)分支金屬平板上的表面波。本發(fā)明中，首先通過電磁仿真工具來分析金屬光柵結(jié)構(gòu)的色散曲線，通過控制金屬光柵結(jié)構(gòu)的表面凹槽深度、表面凹槽寬度、表面凹槽的周期性和金屬平板的厚度使之工作在要求的頻段范圍內(nèi)。微波段和太赫茲波段的金屬光柵結(jié)構(gòu)加工都比較簡(jiǎn)單。選擇合適型號(hào)的同軸線，將適當(dāng)長(zhǎng)度的內(nèi)導(dǎo)體裸露出來用來激發(fā)金屬光柵結(jié)構(gòu)上的表面波。在太赫茲波段，可以直接用圓柱導(dǎo)線。通過光導(dǎo)天線可以將太赫茲脈沖轉(zhuǎn)換成災(zāi)圓柱導(dǎo)線上傳播的軸向極化的表面波，從而來激發(fā)金屬光柵結(jié)構(gòu)上的表面波。圖1-1和圖-2給出了本發(fā)明的實(shí)施例圖，此處，以三方向分波器為例，超過3個(gè)分支也是可以的，而且各分支間的夾角隨意，不需要正交。圖6-1 圖6-3給出了電場(chǎng)功率的仿真分布圖，可以看出，不同頻率(波長(zhǎng))的電磁波按照設(shè)計(jì)的要求沿分波器的不同分支傳播。ITHz的電磁波幾乎全部向<3 = 90°方向傳播，向識(shí)=180°方向傳播的0. 75THz的電磁波最強(qiáng)而向識(shí)=270°方向傳播的0. 5THz的電磁波最強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種多方向表面波分波器，其特征是包括圓柱線波導(dǎo)和多個(gè)表面刻有凹槽的金屬平板，各個(gè)金屬平板的一端連接于圓柱線波導(dǎo)，環(huán)繞在圓柱線波導(dǎo)周圍，通過圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)表面刻有凹槽的金屬平板上的表面波；各個(gè)金屬平板作為分波器的各個(gè)分支，其上的凹槽參數(shù)不同；各個(gè)工作頻段對(duì)應(yīng)的各個(gè)分支上的凹槽結(jié)構(gòu)是通過調(diào)整凹槽參數(shù)，即凹槽深度、凹槽寬度、凹槽的周期性和金屬平板的厚度，來改變金屬平板表面的色散曲線實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向表面波分波器，其特征在于分波器的微波段的實(shí)現(xiàn)是用外伸的同軸線內(nèi)導(dǎo)體作為圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)各個(gè)分支金屬平板上的表面波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向表面波分波器，其特征在于分波器的太赫茲(THz)波段的實(shí)現(xiàn)是直接用金屬圓柱線作為圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)刻有凹槽的金屬平板的表面波。
全文摘要
一種多方向表面波分波器，包括圓柱線波導(dǎo)和多個(gè)表面刻有凹槽的金屬平板，各個(gè)金屬平板的一端連接于圓柱線波導(dǎo)，環(huán)繞在圓柱線波導(dǎo)周圍，通過圓柱線波導(dǎo)來激發(fā)表面刻有凹槽的金屬平板上的表面波；各個(gè)金屬平板作為分波器的各個(gè)分支，其上的凹槽參數(shù)不同；各個(gè)工作頻段對(duì)應(yīng)的各個(gè)分支上的凹槽結(jié)構(gòu)是通過調(diào)整凹槽參數(shù)，即凹槽深度、凹槽寬度、凹槽的周期性和金屬平板的厚度，來改變金屬平板表面的色散曲線實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了基于金屬結(jié)構(gòu)的多方向分波功能。本發(fā)明中所提出的用圓柱線波導(dǎo)激勵(lì)表面波的方法，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單有效，便于加工，適用范圍廣。
文檔編號(hào)H01P3/00GK102290624SQ201110120968
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者周永金, 崔鐵軍 申請(qǐng)人:東南大學(xué)