一种可在基模实现负群速及负群时延的SSPP单元结构

一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构
技术领域
1.本发明属于微波技术领域，尤其是涉及一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构。


背景技术：

2.表面等离子激元(surface plasmon polariton，spp)是在光学领域中一种物理现象:当自由空间的光照射到金属表面时，金属的自由电子会与之发生振荡，电磁场会被束缚在自由空间和金属表面的边界上，且电磁场在垂直于界面的方向上呈指数衰减。而在微波或毫米波的低频段时，表面等离子激元便无法天然存在，因为此时的金属可近似为理想导体，金属的介电常数也不为负数。但研究表明，在微波与毫米波频段中有着一种负介电常数或负磁导率的电磁超构材料，此种材料为在低频段实现表面等离子激元提供了可能，并将其称为人工表面等离激元(spoof surface plasmon polariton，sspp)。这种新的等离子体超材料与光学spp具有相似的色散特性和场局域能力。人工表面等离激元的电磁特性可以通过改变其几何形状轻松控制。近年来，基于sspp的微波器件的发展引起了许多研究人员的关注。
3.群时延(negative group delay，ngd)作为描述信道和电路器件相频特性线性度的重要技术指标，在现代高速宽带无线通信系统中备受关注。群时延失真会造成信号的畸变，导致接收端信噪比的恶化及误码率的升高等一系列问题。负群时延电路作为群时延均衡的一种新方法，在满足宽带高速无线通信以及当今第五代移动通信低时延的要求方面具有显著优势，并且在提高微波器件性能、实现信号完整性传输及改善阵列天线性能等诸多领域具有广阔的应用前景，因此ngd微波电路具有重要的研究意义和应用价值，但是他们的结构一般较为复杂，而且调节负群速的方式繁琐。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构。
5.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
6.一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构，包括介质基板、与介质基板一面连接的具有负群速及负群时延效应的sspp单元；所述具有负群速及负群时延效应的sspp单元包含u型金属带线与2个开口环。
7.所述u型金属微带线由3段矩形金属微带线组成，用于实现sspp的正向高效传输。
8.所述2个开口环均由n段矩形微带线组成，矩形微带线的数量按2、3、4
…
逐阶延伸，分别从u型金属带线内部对角处引出，向u型金属带线内部延伸。
9.所述介质基板可采用相对介电常数εr＝4.3的fr4高频介质基材。
10.所述开口环用于实现sspp的负群速效应。
11.与现有技术相比，本单元结构通过2个开口环实现sspp的负群速，与前面的复杂的
设计方法相比，更为简便，并且负群速频段与负群速大小可以通过对金属带线的几何参数的调控进而实现，相比现有技术设计过程明显简化。其具有得负时延效应可应用于微波电路中。可以将本sspp单元结构调控负群速的方法用于实现负时延，基于负群时延补偿，可减少均衡后整体时延，这对于5g等要求极低时延的通信系统具有重要意见。基于sspp负群时延，还有助于实现高密度电路。
附图说明
12.图1为本发明实施例的结构示意图。
13.图2为本发明实施例的sspp结构单元的结构示意图。
14.图3为本发明实施例的色散曲线的仿真结果。
15.图4为本发明实施例的相速度和群速度的仿真结果。
16.图5为本发明实施例的单元结构的s参数仿真结果。
17.图6为本发明实施例的单元结构的传输相位参数仿真结果。
18.图7为本发明实施例的单元结构的群时延参数。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.参见图1和2，本发明实施例所述可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构，包括介质基板1，与介质基板一面连接有具有负群速和负时延效应的sspp单元；所述具有负群速和负时延效应的sspp单元包含u型金属带线4、第一开口环2和第二开口环3。
21.所述介质基板1为单面覆铜，采用fr4介质材料，介电常数εr＝4.3，厚度为0.8mm；介质基板1的长a＝19mm，宽p＝4mm；u型金属带线4的左、右两侧带线的长a＝15mm，宽b＝0.5mm；u型金属带线4底部带线的长与介质基板1的宽度相等，宽l＝1.5mm；所述开口环采用两段微带线开口环结构，即m＝2，两个分别由u型金属带线左上端和右下端引出的开口环第一段金属带线长均为x＝2.5mm，第二段金属带线长均为y＝6mm，开口环金属带线宽均为d＝0.5mm；从u型金属带线右下端引出的开口环与u型金属带线底部带线的距离s＝0.5mm。
22.对该实施例的单元结构的色散曲线进行仿真分析，如图3所述，该实施例仿真所得色散曲线在光锥线右侧，具有明显的sspp特性。
23.对该实施例的单元结构的相速度和群速度进行仿真分析，如图4所述，仿真分析结果显示群速度在1.7～2.3ghz处群速度为负，该频段与色散曲线中的反常色散频段相吻合。
24.对该实施例的单元结构的s参数进行仿真分析，如图5所示，该实施例仿真所得谐振频点与色散曲线结果较为吻合。
25.图6所示为该施例单元结构的传输相位参数，仿真所得结果显示在1.2～1.8ghz频率范围相位变化与s参数结果相吻合。
26.图7所示为该施例单元结构的群时延参数，仿真所得结果显示在1.2～1.8ghz频率范围内群时延为负，与s参数结果相吻合。
27.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的
限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。


技术特征：
1.一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构，其特征在于包括介质基板、与介质基板一面连接的具有负群速及负群时延效应的sspp单元；所述具有负群速及负群时延效应的sspp单元包含u型金属带线与2个开口环。2.如权利要求1所述一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构，其特征在于所述u型金属微带线由3段矩形金属微带线组成，用于实现sspp的正向高效传输。3.如权利要求1所述一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构，其特征在于所述2个开口环均由n段矩形微带线组成，矩形微带线的数量按2、3、4
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逐阶延伸，2个开口环分别从u型金属带线内部对角处引出，向u型金属带线内部延伸。4.如权利要求1所述一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构，其特征在于所述介质基板采用相对介电常数ε
r
＝4.3的fr4高频介质基材。5.如权利要求1所述一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构，其特征在于所述开口环用于实现sspp的负群速效应。6.如权利要求1所述一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构，其特征在于所述u型金属带线的底部带线长与介质基板的宽度相等。7.如权利要求1所述一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构，其特征在于所述开口环采用两段微带线开口环结构。8.如权利要求1所述一种可在基模实现负群速及负群时延的sspp单元结构在微波电路中应用。

技术总结
一种可在基模实现负群速及负群时延的SSPP单元结构，属于微波技术领域。包括介质基板、与介质基板一面连接的SSPP单元；具有负群速及负群时延效应的SSPP单元包含U型金属带线与2个开口环。U型金属微带线由3段矩形金属微带线组成，用于实现SSPP的正向高效传输。2个开口环均由n段矩形微带线组成，矩形微带线的数量按2、3、4


技术研发人员：李伟文 李雨恒 韦莉
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/10/5