[发明专利]基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线及应用

说明书

基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线及应用，属于波导与传输线技术领域。包括导波结构，所述导波结构上设有周期性分形枝节，所述周期性分形枝节分布在导波结构的单侧或双侧，所述周期性分形枝节采用十字分形、Cantor形、T形、Minkowski形、Koch形、Moore curve形、Sierpinski形中的至少一种，所述导波结构采用微带线、共面波导、带状线、槽线、鳍线、单导体传输线中的至少一种。人工设计方便、灵活，通过尺度变换，放大、缩小枝节单元结构尺寸及迭代次数，能够用于微波、毫米波、或太赫兹波段的人工表面等离激元电磁波单路或多路的传输，在微波毫米波及太赫兹电路、器件与系统中具有重要应用前景。

技术领域

本发明涉及属于波导与传输线技术领域，尤其涉及基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线及应用。

背景技术

随着信息技术的发展，对微波毫米波传输线的小型化要求愈高，这也是现实微波毫米波集成电路与系统的小型化与集成化的关键所在。表面等离激元(SPPs)是一种特殊的表面电磁波，它源于介电常数相反的两种材料界面上电子的集体振荡。在垂直于界面的方向上，SPPs呈指数衰减，在交界面上，SPPs具有束缚性极强的局域场。基于这种高度局部化的特性，SPPs可以克服衍射极限，可以应用于实现纳米光子学、近场光学等各个领域的高度集成电路和器件。然而，由于金属在微波毫米波与太赫兹等低频区的电性能接近表现为完美电导体，几乎不能激发自然的SPPs。为了解决这一问题，2004年，J.B.Pendry等人在Science上的论文《Mimicking Surface Plasmons with Structured Surfaces》提出了人工表面等离激元(Spoof SPPs，即SSPPs)的概念，通过在金属表面刻蚀亚波长孔或槽的周期阵列可以实现在微波毫米波等低频段模仿光学频段SPPs的特性。然而，这类等离激元波导往往具有三维立体结构，尺寸较大，限制了其在集成电路中的应用。近年来，为了实现波导的小型化，人们积极探索各种超薄金属带的新型平面SSPPs波导结构及其在各类功能器件与电路中的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线及应用，用于传输具有极强局域场束缚性能的微波与太赫兹人工表面等离激元。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线，包括导波结构，所述导波结构上设有周期性分形枝节，所述基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线用于传输具有极强局域场束缚性能的微波与太赫兹人工表面等离激元；基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线具有低通特性，且下降沿陡峭，其中，通过改变分形枝节的侧边整体宽度和分形枝节的迭代次数调节截止频率，通过放大、缩小分形枝节的尺寸及迭代次数，将基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线用于微波、毫米波或太赫兹波段的人工表面等离激元电磁波的一路或多路传输。

所述周期性分形枝节分布在导波结构的单侧或双侧。

所述周期性分形枝节采用十字形、康托(Cantor)形、T形、闵可夫斯基(Minkowski)形、科赫(Koch)形、Moore curve形、谢尔宾斯基(Sierpinski)形中的一种。

所述导波结构采用微带线、共面波导、带状线、槽线、鳍线、单导体传输线中的一种。

所述导波结构采用微带线，所述周期性分形枝节分布在微带线中心条带的单侧或双侧。

所述基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线的应用，利用基于分形枝节结构的人工表面等离激元传输线设计多种微波、毫米波及太赫兹波人工等离激元无源器件和有源器件。

所述微波、毫米波及太赫兹波人工等离激元无源器件和有源器件包括滤波器、功分器、耦合器、放大器、变频器、振荡器。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：