[发明专利]基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器

说明书

本发明公开了一种基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器，其包括依次连接的第一共面波导CPW传输线、第一人工表面等离激元SSPP传输线、倍频管芯、第二人工表面等离激元SSPP传输线及第二共面波导CPW传输线。本发明的基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器利用具有衰减结构和渐变槽深结构的共面波导CPW传输线及人工表面等离激元SSPP传输线，实现波动量和波阻抗的宽带匹配，将信号由传统CPW过渡到新型SSPP波导，具有集成度高、损耗小、线间串扰极低等特点，在太赫兹集成器件中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于太赫兹倍频器技术领域，具体涉及一种基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器。

背景技术

波长为3mm～30um的电磁波称为太赫兹波，位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。相对于微波毫米波而言，太赫兹波具有频率高波长短的特点，可使电子设备具有较大通信带宽、较高分辨率，并能实现小型化与轻量化；而相对于光波而言，太赫兹波具有较高穿透性，能够提升电子设备在烟尘等恶劣环境下的工作能力，太赫兹波的光子能量较低，能够用于对生物活体组织进行无损检查等。因此，研究太赫兹技术、抢占新的频谱资源是大势所趋。

表面等离激元是沿金属-电介质交界面传播的可见光波段的电磁波，表面等离激元可以将电磁能量束缚在很小的亚波长范围内进行传播，而在垂直于分界面的方向，电磁场能量呈指数衰减，而通过设计人工周期结构可以实现太赫兹人工表面等离激元的应用。人工表面等离激元具有两个显著的优点：第一，由于结构化的表面等离子体频率远低于金属本身的等离子体频率，因此具有较小的损耗；第二，可以通过改变金属表面的结构参数来灵活控制人工表面等离激元的色散特性，进而获得可调控、可重构、智能化的电路、器件或天线。

基于固态半导体非线性器件的谐波产生是目前太赫兹源的一种典型的方法，如太赫兹倍频器。在太赫兹频段，实现倍频的电路形式主要有混合集成电路形式与单片集成电路形式，然而在太赫兹频段传输线损耗较大，且电路中谐波控制电路、匹配电路占据了电路的大部分面积，无法满足现代通信系统对小型化、低剖面、高度集成电路/系统的需求。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种具有高集成度、低损耗、低串扰的基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器。

本发明的技术方案是：一种基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器，包括依次连接的第一共面波导CPW传输线、第一人工表面等离激元SSPP传输线、倍频管芯、第二人工表面等离激元SSPP传输线及第二共面波导CPW传输线；所述第一共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构将电磁场能量过渡至第一人工表面等离激元SSPP传输线，所述第一人工表面等离激元SSPP传输线采用第一带通滤波器对设定频段进行滤波，并采用第一人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，所述第二人工表面等离激元SSPP传输线采用第二人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，并采用第二带通滤波器对设定频段进行滤波，所述第二共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构接收第二人工表面等离激元SSPP传输线处理后的电磁场能量并输出。

进一步地，所述一共面波导CPW传输线包括输入CPW-SSPP过渡结构，所述输入CPW-SSPP过渡结构一端两侧的接地带均设置为弧形衰减结构，其中心带设置为渐变槽深结构。

进一步地，所述第一人工表面等离激元SSPP传输线包括输入端SSPP滤波结构和输入端SSPP匹配结构，所述输入端SSPP滤波结构采用SSPP耦合带线结构，其光栅结构的宽度与输入CPW-SSPP过渡结构中心带末端相同，所述输入端SSPP匹配结构的输入端的刻槽单元宽度与输入端SSPP滤波结构的光栅结构宽度相同，其输出端的刻槽单元宽度小于输入端的刻槽单元宽度。

进一步地，所述倍频管芯包括反向并联二极管对芯片和有源倍频管馈电，所述反向并联二极管对芯片分别与第一人工表面等离激元SSPP传输线和第二人工表面等离激元SSPP传输线连接，并通过有源倍频管馈电进行馈电。