在光學(xué)領(lǐng)域,表面等離激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）由于其獨(dú)特表面波模式,受到了廣泛的關(guān)注和深入的研究,并且在很多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。人工表面等離激元（Spoof Surface Plasmon Polariton,SSPP）是研究者們?yōu)榱藢⒈砻娴入x激元推廣到低頻段而提出的,激勵(lì)于周期性金屬結(jié)構(gòu)表面的一種特殊的表面波模式。該模式具有類(lèi)似表面等離激元的短工作波長(zhǎng)、高電場(chǎng)束縛、易共形傳輸?shù)葌鬏斕匦浴Ｍ瑫r(shí)人工表面等離激元的色散特性與結(jié)構(gòu)尺寸直接相關(guān),這一特色為其提供了廣闊的研究和應(yīng)用前景。本文在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上,對(duì)人工表面等離激元傳輸線(xiàn)的小型化設(shè)計(jì)和基于人工表面等離激元的漏波天線(xiàn)進(jìn)行了深入的研究,主要工作有如下幾個(gè)方面:1、提出了一種加載交指結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)形式單邊開(kāi)槽梳狀傳輸線(xiàn)。首先從單元等效電路的角度分析了槽深對(duì)截止頻率調(diào)控的依據(jù)（槽間等效電容值）,提出了一種利用槽間加載交指結(jié)構(gòu)來(lái)等效槽深變化實(shí)現(xiàn)截止頻率調(diào)控的設(shè)想。然后通過(guò)仿真分析了加載交指結(jié)構(gòu)的人工表面等離激元傳輸線(xiàn)的S參數(shù)以及電場(chǎng)分布,仿真結(jié)果顯示在通帶內(nèi)交指結(jié)構(gòu)的加入并未帶來(lái)明顯的插入損耗,同時(shí)改變交... 

【文章來(lái)源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

表面等離激元的電場(chǎng)分布[17]

表面等離激元的色散特性與結(jié)構(gòu)參量緊密相關(guān)，改變結(jié)構(gòu)尺寸可以靈活地控制人工表面等離激元的截止頻率。至此關(guān)于表面等離激元的研究從光波段擴(kuò)展到了太赫茲以及更低的微波頻段。近十幾年來(lái)，在世界范圍內(nèi)人工表面等離激元的研究與應(yīng)用都是一個(gè)十分重要而且熱門(mén)的研究課題。人工表面等離激元理論為太赫茲及微波領(lǐng)域帶來(lái)了全新的研究思路與研究方法，在人工表面等離激元的基礎(chǔ)上很快就發(fā)展起了很多新穎的傳輸線(xiàn)及無(wú)源、有源器件類(lèi)型。同時(shí)人工表面等離激元結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的微波結(jié)構(gòu)與器件的結(jié)合也為雙方拓展了應(yīng)用的深度與廣度。圖1.2金屬表面周期開(kāi)孔模型�？讖匠叽鐬閍×a,周期為d×d。[21]1.2人工表面等離激元發(fā)展歷史與現(xiàn)狀自從Pendry和Hibbins兩位教授的工作將表面等離激元從光波段推廣到微波頻段，人工表面等離激元受到了世界范圍內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域科研工作者的重視，各類(lèi)新穎的結(jié)構(gòu)器件不斷出現(xiàn)。

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文3早期人們研究發(fā)現(xiàn)，在金屬表面刻蝕周期性的凹槽與開(kāi)孔可以有效地實(shí)現(xiàn)人工表面等離激元的傳輸[23]。隨后，基于這一原理出現(xiàn)了很多三維結(jié)構(gòu)，如domino結(jié)構(gòu)，V型槽結(jié)構(gòu)，楔形結(jié)構(gòu)，V型槽與U型槽交替結(jié)構(gòu)等[24-27]，如圖1.3所示。然而三維結(jié)構(gòu)加工困難，成本較高且體積較大不易集成，嚴(yán)重阻礙了其在電路中的應(yīng)用。針對(duì)這一問(wèn)題，約在2010年左右研究人員開(kāi)始了對(duì)這一類(lèi)金屬光柵結(jié)構(gòu)的厚度問(wèn)題的研究。由于極難獲得有限厚度金屬光柵結(jié)構(gòu)的解析公式，因此采用數(shù)值方法對(duì)其色散特性進(jìn)行了分析。當(dāng)厚度從無(wú)窮大變?yōu)?0mm（小于5GHz波長(zhǎng)的1/5）時(shí)，圖1.4中的色散曲線(xiàn)[28]（色散曲線(xiàn)將在第二章詳細(xì)闡述）幾乎保持不變。事實(shí)上，對(duì)于具有無(wú)限厚度的一維陣列，漸近頻率為ωc=πc/2h。當(dāng)厚度減小到亞波長(zhǎng)范圍時(shí)，色散曲線(xiàn)略微向下移動(dòng)，但保持了基本走勢(shì)不變。圖1.3常見(jiàn)的三維人工表面等離激元傳輸結(jié)構(gòu)[24-27]（a）楔形;（b）V形槽;（c）多米諾形;（d）V形與U形槽交替同時(shí)對(duì)亞波長(zhǎng)厚度的金屬光柵結(jié)構(gòu)的人工表面等離激元的傳輸特性也有研究。文獻(xiàn)[28]實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示電場(chǎng)被緊緊的束縛在結(jié)構(gòu)表面，在垂直于表面的方向上快速衰減，另外實(shí)驗(yàn)證明，人工表面等離激元的傳輸存在一個(gè)截止頻率，即群速等于0時(shí)傳輸截止。取單個(gè)槽為觀(guān)察對(duì)象，可以近似看做一個(gè)亞波長(zhǎng)的方形腔，電場(chǎng)方向沿著波傳播方向（x方向），磁場(chǎng)方向垂直于傳播方向（y方向）。當(dāng)厚度L減小到可以忽略，方形腔在y方向可以看做是開(kāi)放的，因此磁場(chǎng)便不受影響。因此色散曲線(xiàn)對(duì)厚度L的變化并不敏感。


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