【摘 要】
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人工表面等离子体激元（Spoof Surface Plasmon Polariton,SSPP）,是一种沿金属周期性结构表面进行传输的电磁波,它与表面等离子体激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）相似,在垂直于金属表面的方向上呈指数衰减,其传输模式是表面波且具有慢波特性。由于金属中等离子体谐振频率远高于微波太赫兹频段,金属在此频段表现为理想导体而非等离子体,目前SSPP
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人工表面等离子体激元（Spoof Surface Plasmon Polariton,SSPP）,是一种沿金属周期性结构表面进行传输的电磁波,它与表面等离子体激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）相似,在垂直于金属表面的方向上呈指数衰减,其传输模式是表面波且具有慢波特性。由于金属中等离子体谐振频率远高于微波太赫兹频段,金属在此频段表现为理想导体而非等离子体,目前SSPP传输结构为周期性亚波长孔槽金属表面结构,所以人工表面等离子体激元的传输特性还受传输结构参数的影响,因而也更具有研究价值和应用前景。本文对基于人工表面等离子体激元的传输调控器件进行研究,论文的主要工作内容与成效如下:研究了一种非对称型SSPP传输结构的色散特性,确定了金属层刻蚀的凹槽深度是影响传输特性的主要因素。根据设计的工作频段确定了传输结构的尺寸,通过仿真研究,获得其插入损耗S21参数始终大于-2dB,回波损耗S11参数在5GHz到13.3GHz范围内均小于-15dB,表明该传输线对表面波具有良好的传输能力。研究了在SSPP传输线上实现阻带滤波的动态调控特性。通过在SSPP传输结构的凹槽中添加谐振单元的方式,改变SSPP传输线色散特性和导波场分布实现阻带滤波功能。通过在谐振单元中添加了具有相变特性的二氧化钒材料,模拟仿真获得了阻带滤波器的中心频率在1.5GHz范围内动态变化的调控效果。加工了SSPP传输线以及具有阻带滤波调制能力的SSPP传输线几种结构实物,实验测试结果表明,SSPP传输线的上截止频率为13.24GHz,与仿真结果基本一致;当谐振结构开路时滤波器阻带的中心频率为8.5GHz、带宽为0.42GHz;当谐振结构短路时滤波器阻带特性消失。研究了SSPP传输线中表面波漏波辐射特性。依据表面阻抗正弦周期调制理论,提出了简化的SSPP表面波辐射调制结构设计流程,设计了辐射频率为8GHz、辐射角度为26.5度、增益为11dB的漏波周期结构,其辐射角度的理论设计与仿真结果误差在0.1度范围内。仿真研究该结构频扫特性,在保证辐射效率和辐射方向性的条件下,辐射频率从7GHz到8.2GHz的1.2GHz范围内频扫角度为13.5度。表明基于SSPP传输线的表面阻抗正弦周期调制漏波天线具有良好的定向性和频率扫描特性。
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