本發(fā)明屬于微波，具體是涉及一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、表面等離子激元(surface?plasmon?polariton，spp)是在光學領(lǐng)域中一種物理現(xiàn)象：當自由空間的光照射到金屬表面時，金屬的自由電子會與之發(fā)生振蕩，電磁場會被束縛在自由空間和金屬表面的邊界上，且電磁場在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。而人工表面等離激元(spoof?surface?plasmon?polariton，sspp)在微波與毫米波頻段中有著一種負介電常數(shù)或負磁導率的電磁超構(gòu)材料，此種材料為在低頻段實現(xiàn)表面等離子激元提供可能。這種新的等離子體超材料與光學spp具有相似的色散特性和場局域能力，整體呈現(xiàn)低通特性，在截止頻率附近具有近場增強、表面受限、深亞波長等特點。人工表面等離激元的電磁特性可以通過改變其幾何形狀輕松控制。

2、群時延（group?delay）是信號處理中描述相位變化與頻率之間關(guān)系的重要參數(shù)，表示通過某一系統(tǒng)后，信號的不同頻率分量傳播所需時間的變化情況。群時延可以看作是信號的包絡(luò)經(jīng)過系統(tǒng)傳播時所需的時間。因此，它通常用來描述復合信號（如調(diào)制信號或帶寬較寬的信號）中包絡(luò)的傳播時間，而不是單個正弦波信號的傳播速度。在通信、雷達、光學等許多領(lǐng)域，群時延是分析信號傳播和系統(tǒng)性能的重要指標。

3、負群時延（negative?group?delay,?ngd）的作用是通過產(chǎn)生相位提前效應(yīng)，使信號在通過該電路時出現(xiàn)“負”時延現(xiàn)象。負群時延這一特性，常用于補償系統(tǒng)中的相位延遲，尤其是在射頻和微波通信系統(tǒng)中，負群時延電路可以用于減少由其他電路引入的時延，使得整體系統(tǒng)具有更好的時序特性。并且負群時延可實現(xiàn)信號同步、信號相位調(diào)節(jié)、群時延控制等功能，在超寬帶系統(tǒng)、雷達、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決上述背景技術(shù)提到的技術(shù)問題，提供一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)。結(jié)合sspp和負群時延各自的特點，提出一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有多頻帶特點，能夠在多個頻段內(nèi)實現(xiàn)負群時延，為高速、低時延通信系統(tǒng)提供技術(shù)支持。

2、為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，設(shè)有高頻介質(zhì)基板，高頻介質(zhì)基板作為結(jié)構(gòu)的支撐和電磁場傳播的介質(zhì)；在高頻介質(zhì)基板的一面蝕刻金屬圖案，所述金屬圖案包括直導體條和直導體條兩側(cè)的螺旋環(huán)組合體；所述直導體條用于實現(xiàn)sspp的正向高效傳輸，直導體條的長度和寬度根據(jù)設(shè)計需求進行優(yōu)化；所述螺旋環(huán)組合體由螺旋環(huán)基本單元迭代多次并對稱形成，螺旋環(huán)組合體的底部與直導體條相接，且在介質(zhì)基板的表面占據(jù)一定位置；螺旋環(huán)組合體用于實現(xiàn)sspp的負群時延效應(yīng)。

4、進一步的，所述高頻介質(zhì)基板可采用相對介電常數(shù)εr＝4.3的fr-4高頻介質(zhì)基材。

5、進一步的，所述金屬圖案由導電性能良好的金屬材料制成，如銅、銀或金等。

6、進一步的，所述sspp單元結(jié)構(gòu)使用底部直導體帶結(jié)構(gòu)，兩側(cè)螺旋環(huán)組合體結(jié)構(gòu)。

7、進一步的，所述直導體條的長度與介質(zhì)基板的寬度相等。

8、進一步的，所述迭代多次為至少迭代2次。

9、進一步的，所述螺旋環(huán)基本單元是由若干段矩形金屬條彎折而成，每段矩形金屬條具有相同的寬度和不同的長度。

10、進一步的，所述螺旋環(huán)基本單元的具體結(jié)構(gòu)包括14段矩形金屬條，以90°相接而成，形成特定的螺旋形狀；通過改變矩形金屬條的尺寸和彎折角度，可以調(diào)整螺旋環(huán)的諧振頻率和負群時延特性。

11、進一步的，所述螺旋環(huán)組合體由4段螺旋環(huán)基本單元組合而成，形成對稱的折疊螺旋環(huán)組合體；通過調(diào)整螺旋環(huán)基本單元的迭代次數(shù)和組合方式，進一步拓展負群時延的頻段范圍。

12、進一步的，所述sspp單元結(jié)構(gòu)在特定的頻帶內(nèi)具有負群時延特性，包括但不限于1.298?ghz～1.505?ghz、2.032?ghz～2.115?ghz、2.564?ghz～2.661?ghz、2.859?ghz～3.015?ghz以及4.03?ghz～5?ghz等頻帶。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本單元結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：

14、通過螺旋環(huán)組合體實現(xiàn)sspp的負群時延，與前面的設(shè)計方法相比，能夠?qū)崿F(xiàn)多頻帶負群時延，滿足多頻段通信系統(tǒng)的需求。相比現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計過程明顯簡化。其具有得負時延效應(yīng)可應(yīng)用于微波電路中?？梢詫⒈緎spp單元結(jié)構(gòu)用于實現(xiàn)多頻帶負群時延，基于負群時延補償，可在多頻帶內(nèi)減少均衡后整體時延，這對于5g等要求極低時延的通信系統(tǒng)具有重要意義。所述sspp單元結(jié)構(gòu)可用于電磁波調(diào)控、無線通信、雷達系統(tǒng)或其他需要利用負群時延特性的應(yīng)用場景中。通過調(diào)整介質(zhì)基板的尺寸、金屬圖案的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如直導體條的寬度、螺旋環(huán)基本單元中矩形金屬條的長度和寬度等），可以進一步優(yōu)化該sspp單元結(jié)構(gòu)的電磁特性，以滿足不同應(yīng)用場景的需求?；趕spp負群時延，還有助于實現(xiàn)高度集成化電路，為5g等高速、低時延通信系統(tǒng)提供技術(shù)支持。

技術(shù)特征：

1.一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，其特征在于設(shè)有高頻介質(zhì)基板，高頻介質(zhì)基板作為結(jié)構(gòu)的支撐和電磁場傳播的介質(zhì)；在高頻介質(zhì)基板的一面蝕刻金屬圖案，所述金屬圖案包括直導體條和直導體條兩側(cè)的螺旋環(huán)組合體；所述直導體條用于實現(xiàn)sspp的正向高效傳輸；所述螺旋環(huán)組合體用于實現(xiàn)sspp的負群時延效應(yīng)。

2.如權(quán)利要求1所述一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述高頻介質(zhì)基板采用相對介電常數(shù)εr＝4.3的fr-4高頻介質(zhì)基材。

3.如權(quán)利要求1所述一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述直導體條的長度與介質(zhì)基板的寬度相等。

4.如權(quán)利要求1所述一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述螺旋環(huán)組合體由螺旋環(huán)基本單元迭代多次并對稱形成，螺旋環(huán)組合體的底部與直導體條相接，且在介質(zhì)基板的表面占據(jù)一定位置。

5.如權(quán)利要求4所述一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述迭代多次為至少迭代2次。

6.如權(quán)利要求4所述一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述螺旋環(huán)基本單元是由若干段矩形金屬條彎折而成，每段矩形金屬條具有相同的寬度和不同的長度。

7.如權(quán)利要求6所述一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述螺旋環(huán)基本單元包括14段矩形金屬條，以90°相接而成，形成特定的螺旋形狀；通過改變矩形金屬條的尺寸和彎折角度，調(diào)整螺旋環(huán)的諧振頻率和負群時延特性。

8.如權(quán)利要求1所述一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述螺旋環(huán)組合體由4段螺旋環(huán)基本單元組合而成，形成對稱的折疊螺旋環(huán)組合體；通過調(diào)整螺旋環(huán)基本單元的迭代次數(shù)和組合方式，拓展負群時延的頻段范圍。

9.如權(quán)利要求1所述一種具有多頻帶負群時延的sspp單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述sspp單元結(jié)構(gòu)在特定的頻帶內(nèi)具有負群時延特性，包括但不限于1.298?～1.505?ghz、2.032?～2.115?ghz、2.564～2.661?ghz、2.859～3.015?ghz及4.03～5?ghz。

技術(shù)總結(jié)
一種具有多頻帶負群時延的SSPP單元結(jié)構(gòu)，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。創(chuàng)新地基于人工表面等離激元(Spoof?Surface?Plasmon?Polaritons,SSPP)產(chǎn)生多頻帶負群時延。結(jié)構(gòu)設(shè)有介質(zhì)基板，介質(zhì)基板上蝕刻出一直導體條，直導體條兩側(cè)有金屬邊帶折疊螺旋環(huán)，形成SSPP單元結(jié)構(gòu)。具有多頻帶、負群時延、高度集成化的特點。多頻帶負群時延SSPP單元在5G通信、成像系統(tǒng)、車載雷達通信、衛(wèi)星導航等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場價值。

技術(shù)研發(fā)人員：李偉文,盧國棟,康琦
受保護的技術(shù)使用者：廈門大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2