【摘要】：在過去的幾年中,太赫茲和微波頻率下的人工表面等離極化激元(SSPP)在微波器件和集成電路中受到了廣泛的關(guān)注。這種單層金屬導帶傳輸結(jié)構(gòu)的特點決定了它在柔性器件設(shè)計方面具有不可替代的優(yōu)勢,但是目前基于這種結(jié)構(gòu)的柔性器件研究卻很少。如今,經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展和不斷的科學探索,各種柔性晶體管、柔性電子顯示器、柔性天線和柔性濾波器等電路已經(jīng)被開發(fā)并投入商業(yè)應(yīng)用,同時其應(yīng)用范疇也拓展到更多行業(yè)。柔性電路的特征在于處于彎曲狀態(tài)的微波電路之間的可靠連接,它使用柔性襯底并且可通過傳統(tǒng)光刻制造實現(xiàn),工藝簡單、高效、節(jié)約資源。為了與柔軟的生物皮膚,器官和組織等曲面共形,電子器件需要具備良好的柔韌性。本文以兩款人工表面等離激元單元結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),構(gòu)造人工表面等離極化激元柔性傳輸線,然后根據(jù)耦合器和功分器的設(shè)計理論,分別基于這兩款傳輸線設(shè)計了柔性可控微波定向耦合器和柔性微波功分器,并對兩款微波器件進行了實物加工和測試,證明了人工表面等離激元在微波柔性器件方面的可行性和所具有的獨特優(yōu)勢。1.結(jié)合SP的概念對其理論進行詳細分析,介紹了介質(zhì)-金屬截面的表面電磁波的形成,將SSP與此類比,結(jié)合理想導體中二維孔陣列的SSPP的原理,為之后的柔性SSPP傳輸線設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。2.研究了S型單元結(jié)構(gòu)的色散特性,基于這種SSP結(jié)構(gòu)設(shè)計出一款柔性SSPP傳輸線,并進行了加工和測試,實驗結(jié)果證明該傳輸線的性能對彎折具有不敏感性。進一步地,運用它設(shè)計了一款柔性可控微波定向耦合器,該結(jié)構(gòu)可以通過設(shè)計不同的耦合間距實現(xiàn)具有不同耦合度的耦合器,測試結(jié)果表明它的耦合性能不受彎曲程度影響。3.研究了H型和U型單元結(jié)構(gòu)的色散特性,基于這種SSP結(jié)構(gòu)設(shè)計出一款柔性SSPP傳輸線,進一步地,利用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計了一款柔性微波功分器,并進行了仿真和測試,仿真結(jié)果表明這種結(jié)構(gòu)提高了現(xiàn)有人工表面等離激元功分器的輸出端口隔離度,測試結(jié)果表明它的功率分配性能不受彎曲程度的影響。
【圖文】：

這些結(jié)構(gòu)進行合理的結(jié)合也是一個需要突破的難題。（a）楔形縫隙金屬槽 （b）金屬塊狀結(jié)構(gòu)圖1.2 楔形縫隙結(jié)構(gòu)和金屬塊狀結(jié)構(gòu)2012 年崔鐵軍教授提出了一種基于 PCB 工藝的在超薄柔性襯底上制作的共形結(jié)構(gòu)，因為金屬導帶的厚度幾乎為零，這種結(jié)構(gòu)也支持具有一定傳播曲率的表面電磁波。這種等離子超材料由梳狀單元構(gòu)成，如圖 1.3（a）所示，金屬的厚度是t，寬度是w，陣列的周期是d ，，槽的寬度是a。當厚度 接近無窮薄時，結(jié)構(gòu)變?yōu)橐痪S金屬槽陣列。文章中分析了這種結(jié)構(gòu)所支持的 SSPP 的色散曲線隨著厚度和周期的變化而變化。文中還介紹了這種結(jié)構(gòu)的制造設(shè)計和表征。因為它在亞波長尺寸具有非常好的電磁波約束能力

（a）梳狀 CSP 結(jié)構(gòu) （b）梳狀 CSP 結(jié)構(gòu)的電場分布圖1.3 梳狀 CSP 模型及其電場分布與之前出現(xiàn)的 SSPP 結(jié)構(gòu)不同，這種結(jié)構(gòu)厚度薄，并且在亞波長尺寸對電磁波具有約束能力，損耗低，這對調(diào)控非常薄的金屬薄膜表面電磁波的傳播帶來更大的自由度。進一步地，通過實物的加工測試證明了它的優(yōu)良性能。如圖 1.4 所示，分別展示了 CSP 樣品在二維平面展示 CSP 螺旋性能和 3D 螺旋特性。螺旋曲率半徑是 20mm和
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN12

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本文編號：2628927