一种多端口隔离器

本发明属于电磁场与微波，涉及一种特殊对称性下的光子晶体周期性阵列结构，具体为一种多端口隔离器。

背景技术：

1、微波隔离器一直是微波技术领域备受关注的研究方向。在当今高性能通信系统中，体积小且高度隔离的隔离器扮演着至关重要的角色，特别是在功率器件间的应用中，加入隔离器可以保护信号传输时前反向隔离以保护前级电路。传统的隔离器，如早期日本的m-system和美国的moore，虽然因其高隔离强度、性能稳定和长寿命而广泛应用，但其电路较为复杂，制作工艺要求也较高。随着通信和雷达技术的快速发展，对微波隔离器的新要求涌现出来，需要一种结构简单、易于制造、性能稳定的微波隔离器以适应现代微波通信系统对小型、高性能组件的需求，多端口隔离器为各种应用场景中的应用提供了有力支持。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种多端口隔离器，实现特定频率电磁波多通道单向传输，对特定频率电磁波进行隔离。

2、技术方案：本发明提供的一种多端口隔离器，包括铁氧体环形柱阵列和金属板；所述阵列中包括至少包括两个不同区域，其中一个区域由第一光子晶体原胞pc1按蜂窝点阵排列形成pc1阵列，另一区域由第二光子晶体原胞pc2按蜂窝点阵排列形成pc2阵列；金属板提供理想电导体边界条件，pc1阵列、pc2阵列均与金属板之间形成通道，pc1阵列和pc2阵列之间形成通道；pc1沿水平方向翻转180°与pc2完全重合。

3、所述多端口隔离器，pc1阵列和pc2阵列与形成的通道是金属板诱导的手性边界态实现的电磁波单向传输通道，pc1阵列与pc2阵列之间的通道是通过谷依赖的边界传输模式实现电磁波的传输通道。

4、作为一种可选实施方式，所述铁氧体环形柱为钇铁石榴石铁氧体，所述金属板为铝板。

5、作为一种可选实施方式，pc1和pc2中存在两种排列方式的铁氧体环形柱，分别为空气孔靠近和远离原胞中心，同种排列方式的环形柱绕原胞中心旋转120°完全重合。

6、作为一种可选实施方式，pc1和pc2中，对于空气孔靠近原胞中心的环形柱，其空气孔中心与环形柱中心连线、环形柱中心与原胞中心连线之间的夹角为30°，对于空气孔远离原胞中心的环形柱原胞该夹角则为-30°。

7、作为一种可选实施方式，所述金属板为“v”字形，位于pc1阵列和pc2阵列的同一侧。

8、作为一种可选实施方式，电磁波由pc2阵列与金属板之间的通道输入时，将沿pc1阵列与pc2阵列之间的通道输出；电磁波由pc1阵列与pc2阵列之间的通道输入时，将沿pc1阵列与金属板之间的通道输出；电磁波由pc1阵列与金属板之间的通道输入时则无法传输。

9、作为一种可选实施方式，所述多端口隔离器，包括n个pc1阵列，n或n+1个pc2阵列，或者n个pc2阵列，n或n+1个pc1阵列，n大于等于1，pc1阵列和pc2阵列交替设置。

10、作为一种可选实施方式，所述pc1阵列和pc2阵列呈直线或围绕2n边形排布，排布边数小于2n，n大于等于2。

11、作为一种可选实施方式，铁氧体环形柱外轮廓为圆柱、椭圆柱或三角柱；或者铁氧体环形柱被替换成铁氧体平板上的椭圆孔或三角孔。

12、有益效果：本发明提出的一种多端口隔离器，结构简单、加工容易，性能优异，可用于实现特定频率电磁波多通道单向传输，对特定频率电磁波进行隔离。由于受到拓扑保护，电磁波传输可无视弱无序或弯曲，对制造精度要求不高，适配于各类集成光子器件。由于光子晶体具有尺度不变性，可通过直接改变几何尺寸将工作频率移植到太赫兹波段或者光波段，具有广泛的普适性。

技术特征：

1.一种多端口隔离器，其特征在于，包括铁氧体环形柱阵列和金属板；所述阵列中包括至少包括两个不同区域，其中一个区域由第一光子晶体原胞pc1按蜂窝点阵排列形成pc1阵列，另一区域由第二光子晶体原胞pc2按蜂窝点阵排列形成pc2阵列；金属板提供理想电导体边界条件，pc1阵列、pc2阵列均与金属板之间形成通道，pc1阵列和pc2阵列之间形成通道；pc1沿水平方向翻转180°与pc2完全重合。

2.根据权利要求1所述的多端口隔离器，其特征在于，pc1阵列和pc2阵列与形成的通道是金属板诱导的手性边界态实现的电磁波单向传输通道，pc1阵列与pc2阵列之间的通道是通过谷依赖的边界传输模式实现电磁波的传输通道。

3.根据权利要求1所述的多端口隔离器，其特征在于，所述铁氧体环形柱为钇铁石榴石铁氧体，所述金属板为铝板。

4.根据权利要求1所述的多端口隔离器，其特征在于，pc1和pc2中存在两种排列方式的铁氧体环形柱，分别为空气孔靠近和远离原胞中心，同种排列方式的环形柱绕原胞中心旋转120°完全重合。

5.根据权利要求3所述的多端口隔离器，其特征在于，pc1和pc2中，对于空气孔靠近原胞中心的环形柱，其空气孔中心与环形柱中心连线、环形柱中心与原胞中心连线之间的夹角为30°，对于空气孔远离原胞中心的环形柱原胞该夹角则为-30°。

6.根据权利要求1所述的多端口隔离器，其特征在于，所述金属板为“v”字形，位于pc1阵列和pc2阵列的同一侧。

7.根据权利要求1所述的多端口隔离器，其特征在于，电磁波由pc2阵列与金属板之间的通道输入时，将沿pc1阵列与pc2阵列之间的通道输出；电磁波由pc1阵列与pc2阵列之间的通道输入时，将沿pc1阵列与金属板之间的通道输出；电磁波由pc1阵列与金属板之间的通道输入时则无法传输。

8.根据权利要求1所述的多端口隔离器，其特征在于，包括n个pc1阵列，n或n+1个pc2阵列，或者n个pc2阵列，n或n+1个pc1阵列，n大于等于1，pc1阵列和pc2阵列交替设置。

9.根据权利要求8所述的多端口隔离器，其特征在于，所述pc1阵列和pc2阵列呈直线或围绕2n边形排布，排布边数小于2n，n大于等于2。

10.根据权利要求1所述的多端口隔离器，其特征在于，铁氧体环形柱外轮廓为圆柱、椭圆柱或三角柱；或者铁氧体环形柱被替换成铁氧体平板上的椭圆孔或三角孔。

技术总结
本发明公开了一种多端口隔离器，包括铁氧体环形柱阵列和金属板；所述阵列中包括至少包括两个不同区域，其中一个区域由第一光子晶体原胞PC1按蜂窝点阵排列形成PC1阵列，另一区域由第二光子晶体原胞PC2按蜂窝点阵排列形成PC2阵列；金属板提供理想电导体边界条件，PC1阵列、PC2阵列均与金属板之间形成通道，PC1阵列和PC2阵列之间形成通道；PC1沿水平方向翻转180°与PC2完全重合。该多端口隔离器设计通过理想电导体诱导手性体传输模式和PC1与PC2之间的谷依赖边界传输模式来实现多端口微波单向传输。本发明提出的多端口隔离器具有原理简单、结构紧凑、传输通道宽、多端口、可通过尺度不变性改变几何尺寸移植通信波段等优点。

技术研发人员：蒲殷,刘洁,梁力,张潇
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16