基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统，该紧凑型宽带慢波系统可以在微波段、毫米波段或太赫兹波段实现通信、数据存储或信号延迟等功能。
【背景技术】
[0002]表面等离激元是束缚于金属与介质表面的电磁波，不受光学衍射极限的限制，因而可用于构造紧凑小型化元件，在表面或界面技术及数据存储等方面具有重要应用，已形成表面等离子学。周期排列微结构单元(其特征尺寸远小于波长)形成的人工电磁结构能够支持类似的表面波模传播，能够更方便地操纵电磁波的传播，从而实现多种新型功能器件。目前已提出的基于渐变金属凹槽结构的宽带慢波系统还存在以下不足:渐变金属凹槽结构的宽带慢波系统的横向尺寸会随凹槽长度的增加而变大，不利于器件的小型化和集成，本发明提出一种基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统，该系统的横向尺寸与常规宽带慢波系统相比减小40%以上。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系，其减小整体尺寸或体积。
[0004]根据上述发明构思本发明采用如下技术方案:一种基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统，其特征在于，所述基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统包括介质板及位于介质板上的双弯曲凹槽金属光栅结构，所述双弯曲凹槽金属光栅结构由内侧刻蚀弯曲凹槽的两个金属光栅结构组成，双弯曲凹槽金属光栅结构是由一段或两段或多段短矩形凹槽组合而成，弯曲凹槽的总长度为这些短矩形凹槽的长度和。
[0005]进一步地，所述基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统采用位于介质板背面的与正面槽线垂直的微带线作为激励来激发介质板上双弯曲凹槽金属光栅结构中的仿表面等离激元。
[0006]进一步地，所述微带线就是位于介质板背面的一条短金属贴片，该槽线就是双弯曲凹槽金属光栅结构前端的一条缝隙结构。
[0007]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步:本发明首次提出了一种基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统，弯曲凹槽的引入会使得该波导结构的宽带慢波系统的整体尺寸或体积与基于竖直凹槽的宽带慢波系统的相比减小40%以上，并且对电磁波的束缚能力更强，传播损耗更低。
【附图说明】
[0008]图1是本发明提出的基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统的俯视图。
[0009]图2是本发明提出的基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统的侧视图。
[0010]图3是本发明提出的基于双弯曲金属光栅结构的波导结构与常规的基于直凹槽金属光栅结构的传播距离比较图。
[0011]图4是不同频率的电磁波在本发明提出的基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统的电场幅值分布。
【具体实施方式】
[0012]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白理解，下面结合附图和优选实施例，进一步阐述本发明。
[0013]实施例一:
参见图1和图2，该基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统包括介质板16及位于介质板16上的双弯曲凹槽金属光栅结构I，所述双弯曲凹槽金属光栅结构I由内侧刻蚀弯曲凹槽的两个金属光栅结构组成，金属光栅结构厚度14非常小，本发明中所述双弯曲凹槽金属光栅结构是由一段或两段或多段短矩形凹槽组合而成，弯曲凹槽的总长度为这些短矩形凹槽的长度和，与常规金属光栅结构相比，在凹槽总长度相同的情况下，这种光栅结构在保持相同的电磁波束缚能力的情况下传播损耗更低并且尺寸更小，具有显著优势。基于所述双弯曲凹槽金属光栅结构通过使弯曲凹槽总长度渐变，而保持凹槽宽度、两个金属凹槽之间的距离等几何参数固定，可以实现紧凑的宽带慢波系统，该系统的功能是在较宽的工作频率范围内使不同频率的电磁波束缚在不同位置的弯曲凹槽中。其可调参数包括凹槽第一段矩形凹槽长度11、第二段矩形凹槽长度12、第三段矩形凹槽长度13、第η段矩形凹槽长度、两个金属凹槽之间的距离9、金属凹槽宽度10、双金属光栅间填充介质6、填充介质宽度8等。通过灵活控制第一段到第η段凹槽长度使弯曲凹槽总长度渐变，可以在较宽的工作频率范围内使不同频率的电磁波束缚在不同位置的弯曲凹槽，该系统的横向宽度7比基于常规金属凹槽的宽带慢波系统的减小40%以上。
[0014]实施例二:
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下:金属光栅结构中的所述双弯曲凹槽金属光栅结构I的形状是:一条横向长直凹槽与多条垂直等距分布的总长度逐渐变化的部分纵向短直凹槽以及部分弯曲凹槽垂直相交构成。采用位于介质板背面的与正面槽线5垂直的微带线4作为激励来激发介质板16上双弯曲凹槽金属光栅结构I中的仿表面等离激元。其中微带线与槽线一端的第一圆形结构2、第二圆形结构3是为了使更多的电磁波耦合到双弯曲凹槽金属光栅结构上，该微带线4就是位于介质板背面的一条短金属贴片，该槽线5就是双弯曲凹槽金属光栅结构前端的一条缝隙结构。
[0015]参见图3和图4，该基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统，实现宽带慢波的原理与以前的技术所述相同，不同的是本实施例中的金属光栅引入了双弯曲凹槽结构，这样就会使整个系统的尺寸和体积大幅缩小；图1中，介质板厚度为数字标记15、金属光栅厚度为数字标记14、金属凹槽宽度为数字标记10，两个金属凹槽之间的距离为数字标记9、双金属光栅间填充介质为数字标记6，填充介质宽度为数字标记8。凹槽总深度是渐变的。介质板背面的微带线4的金属厚度和金属光栅厚度相同，作为激励源来激发双弯曲凹槽金属光栅结构I中的仿表面等离激元。弯曲凹槽的引入会使整个系统的横向宽度7大幅缩小，与完全采用竖直凹槽的宽带慢波系统相比，其对电磁波的束缚能力更强，传播距离更长，并且其横向宽度7可减小40%以上。因此，本发明的宽带慢波系统结构更加紧凑。图3中可以看出，随凹槽总长度的不断增加，不同频率电磁波的电场幅值会逐渐减小，甚至减为零，表明该电磁波会被束缚于该凹槽处，不再继续向前传播，不同频率电磁波的截止位置不同，从而实现了宽带慢波的功能。
[0016]本实施例中支持表面波传播的金属光栅结构根据工作频段不同，可采用不同加工工艺加以实现，例如PCB工艺、电火花线切割技术或者光刻工艺等。
[0017]本实施例中，首先通过电磁仿真工具分析双弯曲金属光栅结构的色散曲线，通过控制有限厚度金属光栅结构的表面凹槽长度的渐变，使不同频率的电磁波截止在不同的位置，从而实现宽带慢波的功能。微波段、毫米波段和太赫兹波段的有限厚度金属光栅结构加工比较简单。
[0018]本发明基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统包括介质板及其上双弯曲凹槽金属光栅结构，所述双弯曲凹槽金属光栅结构由内侧刻蚀弯曲凹槽的两个金属光栅结构组成，金属光栅结构厚度非常小，本发明中所述弯曲凹槽金属光栅结构则是由一段或两段或多段短矩形凹槽组合而成，弯曲凹槽的总长度为这些短矩形凹槽的长度和，与常规金属光栅结构相比，在凹槽总长度相同的情况下，这种光栅结构在保持相同的电磁波束缚能力的情况下传播损耗更低并且尺寸更小，具有显著优势。基于所述双弯曲凹槽金属光栅结构，通过使弯曲凹槽总长度渐变，而保持凹槽宽度和周期等几何参数固定，可以实现紧凑的宽带慢波系统，该系统的功能是在较宽的工作频率范围内使不同频率的电磁波束缚在不同位置的弯曲凹槽中，与基于常规金属光栅结构的宽带慢波系统相比，本发明所述系统的尺寸更紧凑，对电磁波的束缚能力更强，传播损耗更低。
[0019]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统，其特征在于，所述基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统包括介质板及位于介质板上的双弯曲凹槽金属光栅结构，所述双弯曲凹槽金属光栅结构由内侧刻蚀弯曲凹槽的两个金属光栅结构组成，双弯曲凹槽金属光栅结构是由一段或两段或多段短矩形凹槽组合而成，弯曲凹槽的总长度为这些短矩形凹槽的长度和。
2.根据权利要求1所述的基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统，其特征在于，所述基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统采用位于介质板背面的与正面槽线垂直的微带线作为激励来激发介质板上双弯曲凹槽金属光栅结构中的仿表面等离激元。
3.根据权利要求2所述的基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统，其特征在于，所述微带线就是位于介质板背面的一条短金属贴片，该槽线就是双弯曲凹槽金属光栅结构前端的一条缝隙结构。
【专利摘要】本发明提供一种基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统，所述基于双弯曲凹槽金属光栅结构的紧凑宽带慢波系统包括介质板及位于介质板上的双弯曲凹槽金属光栅结构，所述双弯曲凹槽金属光栅结构由内侧刻蚀弯曲凹槽的两个金属光栅结构组成，双弯曲凹槽金属光栅结构是由一段或两段或多段短矩形凹槽组合而成，弯曲凹槽的总长度为这些短矩形凹槽的长度和。本发明减小整体尺寸或体积。
【IPC分类】H01P9-00
【公开号】CN104852119
【申请号】CN201510159916
【发明人】周永金, 杨保佳
【申请人】上海大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月7日