基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器，其包括依次连接的第一共面波导CPW传输线、第一人工表面等离激元SSPP传输线、倍频管芯、第二人工表面等离激元SSPP传输线及第二共面波导CPW传输线。本发明专利技术的基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器利用具有衰减结构和渐变槽深结构的共面波导CPW传输线及人工表面等离激元SSPP传输线，实现波动量和波阻抗的宽带匹配，将信号由传统CPW过渡到新型SSPP波导，具有集成度高、损耗小、线间串扰极低等特点，在太赫兹集成器件中具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器
本专利技术属于太赫兹倍频器
，具体涉及一种基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器。
技术介绍
波长为3mm～30um的电磁波称为太赫兹波，位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。相对于微波毫米波而言，太赫兹波具有频率高波长短的特点，可使电子设备具有较大通信带宽、较高分辨率，并能实现小型化与轻量化；而相对于光波而言，太赫兹波具有较高穿透性，能够提升电子设备在烟尘等恶劣环境下的工作能力，太赫兹波的光子能量较低，能够用于对生物活体组织进行无损检查等。因此，研究太赫兹技术、抢占新的频谱资源是大势所趋。表面等离激元是沿金属-电介质交界面传播的可见光波段的电磁波，表面等离激元可以将电磁能量束缚在很小的亚波长范围内进行传播，而在垂直于分界面的方向，电磁场能量呈指数衰减，而通过设计人工周期结构可以实现太赫兹人工表面等离激元的应用。人工表面等离激元具有两个显著的优点：第一，由于结构化的表面等离子体频率远低于金属本身的等离子体频率，因此具有较小的损耗；第二，可以通过改变金属表面的结构参数来灵活控制人工表面等离激元的色散特性，进而获得可调控、可重构、智能化的电路、器件或天线。基于固态半导体非线性器件的谐波产生是目前太赫兹源的一种典型的方法，如太赫兹倍频器。在太赫兹频段，实现倍频的电路形式主要有混合集成电路形式与单片集成电路形式，然而在太赫兹频段传输线损耗较大，且电路中谐波控制电路、匹配电路占据了电路的大部分面积，无法满足现代通信系统对小型化、低剖面、高度集成电路/系统的需求。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本专利技术提出了一种具有高集成度、低损耗、低串扰的基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器。本专利技术的技术方案是：一种基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器，包括依次连接的第一共面波导CPW传输线、第一人工表面等离激元SSPP传输线、倍频管芯、第二人工表面等离激元SSPP传输线及第二共面波导CPW传输线；所述第一共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构将电磁场能量过渡至第一人工表面等离激元SSPP传输线，所述第一人工表面等离激元SSPP传输线采用第一带通滤波器对设定频段进行滤波，并采用第一人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，所述第二人工表面等离激元SSPP传输线采用第二人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，并采用第二带通滤波器对设定频段进行滤波，所述第二共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构接收第二人工表面等离激元SSPP传输线处理后的电磁场能量并输出。进一步地，所述一共面波导CPW传输线包括输入CPW-SSPP过渡结构，所述输入CPW-SSPP过渡结构一端两侧的接地带均设置为弧形衰减结构，其中心带设置为渐变槽深结构。进一步地，所述第一人工表面等离激元SSPP传输线包括输入端SSPP滤波结构和输入端SSPP匹配结构，所述输入端SSPP滤波结构采用SSPP耦合带线结构，其光栅结构的宽度与输入CPW-SSPP过渡结构中心带末端相同，所述输入端SSPP匹配结构的输入端的刻槽单元宽度与输入端SSPP滤波结构的光栅结构宽度相同，其输出端的刻槽单元宽度小于输入端的刻槽单元宽度。进一步地，所述倍频管芯包括反向并联二极管对芯片和有源倍频管馈电，所述反向并联二极管对芯片分别与第一人工表面等离激元SSPP传输线和第二人工表面等离激元SSPP传输线连接，并通过有源倍频管馈电进行馈电。进一步地，所述所述第二人工表面等离激元SSPP传输线包括输出端SSPP匹配结构和输出端SSPP滤波结构，所述输出端SSPP匹配结构的输入端的刻槽单元宽度与输入端SSPP匹配结构的输出端的刻槽单元宽度相同，其输出端的刻槽单元宽度小于输入端的刻槽单元宽度，所述输出端SSPP滤波结构采用SSPP耦合带线结构，其光栅结构的宽度与输出端SSPP匹配结构的输出端的刻槽单元宽度相同。进一步地，所述第二共面波导CPW传输线包括输出SSPP-CPW过渡结构，所述输出SSPP-CPW过渡结构一端两侧的接地带均设置为弧形衰减结构，其中心带设置为渐变槽深结构且中心带末端宽度与输出端SSPP滤波结构的光栅结构的宽度相同。本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器利用具有衰减结构和渐变槽深结构的共面波导CPW传输线及人工表面等离激元SSPP传输线，实现波动量和波阻抗的宽带匹配，将信号由传统CPW过渡到新型SSPP波导，具有集成度高、损耗小、线间串扰极低等特点，在太赫兹集成器件中具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术的基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器的结构示意图。其中附图标记为：1、输入CPW-SSPP过渡结构，2、输入端SSPP滤波结构，3、输入端SSPP匹配结构，4、反向并联二极管对芯片，5、有源倍频管馈电，6、输出端SSPP匹配结构，7、输出端SSPP滤波结构，8、输出SSPP-CPW过渡结构。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，为本专利技术的基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器的结构示意图。一种基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器，包括依次连接的第一共面波导CPW传输线、第一人工表面等离激元SSPP传输线、倍频管芯、第二人工表面等离激元SSPP传输线及第二共面波导CPW传输线；所述第一共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构将电磁场能量过渡至第一人工表面等离激元SSPP传输线，所述第一人工表面等离激元SSPP传输线采用第一带通滤波器对设定频段进行滤波，并采用第一人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，所述第二人工表面等离激元SSPP传输线采用第二人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，并采用第二带通滤波器对设定频段进行滤波，所述第二共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构接收第二人工表面等离激元SSPP传输线处理后的电磁场能量并输出。在本专利技术的一个可选实施例中，上述第一共面波导CPW传输线采用传统共面波导传输线，通过特殊设计衰减的结构和渐变槽深结构，实现共面波导到新型人工表面等离激元传输线(SpoofSurfacePlasmonPolariton，SSPP)的过渡。第一共面波导CPW传输线包括输入CPW-SSPP过渡结构1，输入CPW-SSPP过渡结构1采用标准50欧姆共面波导通过特殊设计衰减地结构和渐变槽深结构，实现波动量和波阻抗的宽带匹配，将电磁场能量束缚在亚波长的SSPP传输。输入CPW-SSPP过渡结构1包括中心带和两侧的接地带，输入CPW-SSPP过渡结构1的一端为平整端面，另一端两侧的接地带均设置为弧形衰减结构，其中心带设置为渐变槽深结构，具体为两侧为槽深渐增的刻槽结构，从而将输入的电磁场能量过渡至第一人工表面等离激元SSPP传输线。在本专利技术的一个可选实施例中，上述第一人工表面等离激元SSPP传输线包括输入端SSPP滤波结构2和输入端SSPP匹配结构3，第一人工表面等离激元SSPP传输线采用SSPP耦合带线实现相应频段的滤波，并同时采用SSPP传输线阻抗匹配到倍频管芯，实现倍频功能。输入端SSPP滤波结构2采用SSPP耦合带线结构，实现带通功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器，其特征在于，包括依次连接的第一共面波导CPW传输线、第一人工表面等离激元SSPP传输线、倍频管芯、第二人工表面等离激元SSPP传输线及第二共面波导CPW传输线；所述第一共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构将电磁场能量过渡至第一人工表面等离激元SSPP传输线，所述第一人工表面等离激元SSPP传输线采用第一带通滤波器对设定频段进行滤波，并采用第一人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，所述第二人工表面等离激元SSPP传输线采用第二人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，并采用第二带通滤波器对设定频段进行滤波，所述第二共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构接收第二人工表面等离激元SSPP传输线处理后的电磁场能量并输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器，其特征在于，包括依次连接的第一共面波导CPW传输线、第一人工表面等离激元SSPP传输线、倍频管芯、第二人工表面等离激元SSPP传输线及第二共面波导CPW传输线；所述第一共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构将电磁场能量过渡至第一人工表面等离激元SSPP传输线，所述第一人工表面等离激元SSPP传输线采用第一带通滤波器对设定频段进行滤波，并采用第一人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，所述第二人工表面等离激元SSPP传输线采用第二人工表面等离激元阻抗匹配至倍频管芯，并采用第二带通滤波器对设定频段进行滤波，所述第二共面波导CPW传输线采用渐变槽深结构接收第二人工表面等离激元SSPP传输线处理后的电磁场能量并输出。2.如权利要求1所述的基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器，其特征在于，所述第一共面波导CPW传输线包括输入CPW-SSPP过渡结构，所述输入CPW-SSPP过渡结构一端两侧的接地带均设置为弧形衰减结构，其中心带设置为渐变槽深结构。3.如权利要求2所述的基于人工表面等离激元的太赫兹倍频器，其特征在于，所述第一人工表面等离激元SSPP传输线包括输入端SSPP滤波结构和输入端SSPP匹配结构，所述输入端SSPP滤波结构采用SSPP耦合带线结构，其光栅结构的宽度与输入CPW-SSPP过渡...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，朱华利，黎雨坤，杜浩，胡江，徐锐敏，延波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51