基于人工表面等离激元的小型化及辐射研究
发布时间：2021-11-02 07:07
在光学领域,表面等离激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）由于其独特表面波模式,受到了广泛的关注和深入的研究,并且在很多领域都得到了应用。人工表面等离激元（Spoof Surface Plasmon Polariton,SSPP）是研究者们为了将表面等离激元推广到低频段而提出的,激励于周期性金属结构表面的一种特殊的表面波模式。该模式具有类似表面等离激元的短工作波长、高电场束缚、易共形传输等传输特性。同时人工表面等离激元的色散特性与结构尺寸直接相关,这一特色为其提供了广阔的研究和应用前景。本文在总结前人工作的基础上,对人工表面等离激元传输线的小型化设计和基于人工表面等离激元的漏波天线进行了深入的研究,主要工作有如下几个方面:1、提出了一种加载交指结构的互补形式单边开槽梳状传输线。首先从单元等效电路的角度分析了槽深对截止频率调控的依据（槽间等效电容值）,提出了一种利用槽间加载交指结构来等效槽深变化实现截止频率调控的设想。然后通过仿真分析了加载交指结构的人工表面等离激元传输线的S参数以及电场分布,仿真结果显示在通带内交指结构的加入并未带来明显的插入损耗,同时改变交...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面等离激元的电场分布[17]
表面等离激元的色散特性与结构参量紧密相关，改变结构尺寸可以灵活地控制人工表面等离激元的截止频率。至此关于表面等离激元的研究从光波段扩展到了太赫兹以及更低的微波频段。近十几年来，在世界范围内人工表面等离激元的研究与应用都是一个十分重要而且热门的研究课题。人工表面等离激元理论为太赫兹及微波领域带来了全新的研究思路与研究方法，在人工表面等离激元的基础上很快就发展起了很多新颖的传输线及无源、有源器件类型。同时人工表面等离激元结构与传统的微波结构与器件的结合也为双方拓展了应用的深度与广度。图1.2金属表面周期开孔模型。孔径尺寸为a×a,周期为d×d。[21]1.2人工表面等离激元发展历史与现状自从Pendry和Hibbins两位教授的工作将表面等离激元从光波段推广到微波频段，人工表面等离激元受到了世界范围内相关领域科研工作者的重视，各类新颖的结构器件不断出现。
杭州电子科技大学硕士学位论文3早期人们研究发现，在金属表面刻蚀周期性的凹槽与开孔可以有效地实现人工表面等离激元的传输[23]。随后，基于这一原理出现了很多三维结构，如domino结构，V型槽结构，楔形结构，V型槽与U型槽交替结构等[24-27]，如图1.3所示。然而三维结构加工困难，成本较高且体积较大不易集成，严重阻碍了其在电路中的应用。针对这一问题，约在2010年左右研究人员开始了对这一类金属光栅结构的厚度问题的研究。由于极难获得有限厚度金属光栅结构的解析公式，因此采用数值方法对其色散特性进行了分析。当厚度从无穷大变为10mm（小于5GHz波长的1/5）时，图1.4中的色散曲线[28]（色散曲线将在第二章详细阐述）几乎保持不变。事实上，对于具有无限厚度的一维阵列，渐近频率为ωc=πc/2h。当厚度减小到亚波长范围时，色散曲线略微向下移动，但保持了基本走势不变。图1.3常见的三维人工表面等离激元传输结构[24-27]（a）楔形;（b）V形槽;（c）多米诺形;（d）V形与U形槽交替同时对亚波长厚度的金属光栅结构的人工表面等离激元的传输特性也有研究。文献[28]实验结果显示电场被紧紧的束缚在结构表面，在垂直于表面的方向上快速衰减，另外实验证明，人工表面等离激元的传输存在一个截止频率，即群速等于0时传输截止。取单个槽为观察对象，可以近似看做一个亚波长的方形腔，电场方向沿着波传播方向（x方向），磁场方向垂直于传播方向（y方向）。当厚度L减小到可以忽略，方形腔在y方向可以看做是开放的，因此磁场便不受影响。因此色散曲线对厚度L的变化并不敏感。
本文编号：3471570
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面等离激元的电场分布[17]
表面等离激元的色散特性与结构参量紧密相关，改变结构尺寸可以灵活地控制人工表面等离激元的截止频率。至此关于表面等离激元的研究从光波段扩展到了太赫兹以及更低的微波频段。近十几年来，在世界范围内人工表面等离激元的研究与应用都是一个十分重要而且热门的研究课题。人工表面等离激元理论为太赫兹及微波领域带来了全新的研究思路与研究方法，在人工表面等离激元的基础上很快就发展起了很多新颖的传输线及无源、有源器件类型。同时人工表面等离激元结构与传统的微波结构与器件的结合也为双方拓展了应用的深度与广度。图1.2金属表面周期开孔模型。孔径尺寸为a×a,周期为d×d。[21]1.2人工表面等离激元发展历史与现状自从Pendry和Hibbins两位教授的工作将表面等离激元从光波段推广到微波频段，人工表面等离激元受到了世界范围内相关领域科研工作者的重视，各类新颖的结构器件不断出现。
杭州电子科技大学硕士学位论文3早期人们研究发现，在金属表面刻蚀周期性的凹槽与开孔可以有效地实现人工表面等离激元的传输[23]。随后，基于这一原理出现了很多三维结构，如domino结构，V型槽结构，楔形结构，V型槽与U型槽交替结构等[24-27]，如图1.3所示。然而三维结构加工困难，成本较高且体积较大不易集成，严重阻碍了其在电路中的应用。针对这一问题，约在2010年左右研究人员开始了对这一类金属光栅结构的厚度问题的研究。由于极难获得有限厚度金属光栅结构的解析公式，因此采用数值方法对其色散特性进行了分析。当厚度从无穷大变为10mm（小于5GHz波长的1/5）时，图1.4中的色散曲线[28]（色散曲线将在第二章详细阐述）几乎保持不变。事实上，对于具有无限厚度的一维阵列，渐近频率为ωc=πc/2h。当厚度减小到亚波长范围时，色散曲线略微向下移动，但保持了基本走势不变。图1.3常见的三维人工表面等离激元传输结构[24-27]（a）楔形;（b）V形槽;（c）多米诺形;（d）V形与U形槽交替同时对亚波长厚度的金属光栅结构的人工表面等离激元的传输特性也有研究。文献[28]实验结果显示电场被紧紧的束缚在结构表面，在垂直于表面的方向上快速衰减，另外实验证明，人工表面等离激元的传输存在一个截止频率，即群速等于0时传输截止。取单个槽为观察对象，可以近似看做一个亚波长的方形腔，电场方向沿着波传播方向（x方向），磁场方向垂直于传播方向（y方向）。当厚度L减小到可以忽略，方形腔在y方向可以看做是开放的，因此磁场便不受影响。因此色散曲线对厚度L的变化并不敏感。
本文编号：3471570
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