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一种可调人工表面等离激元传输线及其在微带电路中的应用

人工表面等离激元传输线(Spoof surface plasmon transmission lines, SSP-TLs),是印刷在介质基板上、具有亚波长褶皱结构、具有深度亚波长场的局域性、可共型传输的新型超薄传输线。其物理原理来源于超材料概念,由亚波长结构形成等效的负介电常数,从而在微波毫米波及太赫兹频段实现类表面等离激元(Surface plasmons, SPs)特性。由于对电磁波具有更强的束缚能力、色散特性可根据几何结构和加载器件灵活可调,因此,人工表面等离激元传输线被视为极具潜力的新型传输线。超薄的人工表面等离激元传输线由东南大学崔铁军教授课题组于2013年提出(PNAS, 110, 40-45, 2013),受到了国际学术及工业界的广泛关注,已发展出基于此传输线的大量无源器件、有源器件、天线及电路。

一种可调人工表面等离激元传输线及其在微带电路中的应用

最近,东南大学毫米波国家重点实验室崔铁军教授课题组(第一作者为张璇如博士)采用周期加载的变容二极管和短路支节,从而实现了一种易于加载、与微带线无缝连接、且具有更高场局域性的人工表面等离激元传输线。其中短路支节作为等效的弱电感性元件,与变容二极管串联,从而增强了加载支节的电容性,增强了传输线的波长压缩特性和场局域性,同时也提高了色散曲线的调节灵敏度,有利于器件小型化。短路支节的加入,只需加载单个均匀电压,其电压加载方式与传统微带有源器件相同,相比于传统开路支节可调电路大大简化。通过电路模型,可准确计算该传输线的传输常数和阻抗。利用该传输线替代相同阻抗的微带线,可将基于微带的无源器件(功分器、滤波器等)普适地转化为小型化、且频率可重构器件。该工作中以威尔金森功分器为例,在传统微带46%的电路面积内,实现了35%的中心频点调节。该工作也给出了该传输线和传统移相器结合的案例,展示了该方法的普适性。

该工作提出的人工表面等离激元传输线实现了高度的波长压缩及场局域性,简化了变容二极管的加载方式,给出了将微带无源器件转化为小型化、且工作频率可重构器件的普适方法,具有重要的工程应用价值。

本工作发表于Advanced Material Technologies (DOI: 10.1002/admt.201800046)。

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