一种应用于6G波分复用系统的基于超材料的太赫兹分波器技术方案

本发明专利技术请求保护一种应用于6G波分复用系统的基于超材料的太赫兹分波器，用于6G波分复用系统的波分复用，属于通信分波器技术领域，该太赫兹分波器由若干相同的超材料单元结构组成，所述超材料单元结构沿着x、y方向周期性排列，超材料单元结构为一正方形结构，边长为P，所述超材料单元结构包括介质层和介质层表面的金属图案层，金属图案层为“一”字型长方体金属线，当两种特定频率的太赫兹波斜入射到超材料分波器表面时，一种频率的太赫兹波透射，而另一种频率的太赫兹波反射，在空间上以不同的路径将两种频率的太赫兹波分开，实现了将0.225THz和0.300THz两个通信窗口的太赫兹波分离。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于6G波分复用系统的基于超材料的太赫兹分波器
本专利技术属于通信分波器
，具体是一种基于超材料的太赫兹分波器。
技术介绍
太赫兹(Terahertz，THz)是介于毫米波与红外之间频段的电磁波，频率范围为0.1THz～10THz，对应的波长范围为0.03mm～3mm。太赫兹通信因其具有频谱资源带宽宽、传输时延低、通信容量大等优势而备受关注，是未来6G移动通信系统极具前景的宽带通信技术。为了有效地提高太赫兹波带宽利用率，增大容量，灵活组网，在太赫兹通信系统中开展波分复用技术的研究具有重要的必要性和现实意义，分波器则是波分复用系统的重要器件。超材料是利用微纳加工工艺制成的亚波长尺寸周期结构，超材料的物理性质取决于单元结构，尤其是单元结构上的金属图案，通过设计单元结构来实现对电磁波的调控。目前，在太赫兹频段内，复用及解复用器件的研究还很少，并且主要集中在基于光子晶体的太赫兹分波器的研究，太赫兹分波器的隔离度有待提高并且插入损耗有待减小。光子晶体加工困难、价格昂贵，不利于大批量的生产和应用，所以急需一种便于加工、性能更好的太赫兹分波器。当太赫兹入射到金属表面发生谐振时，太赫兹波的透射率会骤减，在损耗吸收较小的介质表面则会发生反射；而当超材料的等效阻抗与自由空间的阻抗相等时，此时太赫兹波的反射率会骤减。分别将这两种现象用于两种不同的频率处，则可使得两种频率的太赫兹波在空间上分离。为了使两个端口的隔离度更大，则f1的透射波与f2的反射波要尽可能小。当入射的太赫兹波为TM波时，电子浓度一定的情况下，电势差越大，谐振强度越大，而谐振强度越大，f1的透射波就越小，所以在x轴方向上，选择最简单的“一”字型金属形状作为超材料的单元结构。为了达到阻抗匹配的条件，在背面采用相同的“一”字型金属形状，则f2的反射波可达到最小值。此时，可使得两种频率的太赫兹波分离。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种应用于6G波分复用系统的基于超材料的太赫兹分波器。本专利技术的技术方案如下：一种一种应用于6G波分复用系统的基于超材料的太赫兹分波器，用于6G波分复用系统的波分复用，其特征在于，该太赫兹分波器由若干相同的超材料单元结构组成，所述超材料单元结构沿着x、y方向周期性排列，超材料单元结构为一正方形结构，边长为P，所述超材料单元结构包括介质层(1)和介质层(1)表面的第一金属图案层(2)以及背面的第二金属图案层(3)，金属图案层(2)为“一”字型长方体金属线，第二金属图案层(3)为“一”字型长方体金属线，介质层(1)用于支撑金属图案，对太赫兹波吸收损耗小，利于太赫兹波透过超材料，第一金属图案层(2)和第二金属图案层(3)用于与入射太赫兹波相互作用，当通信窗口附近的两种特定频率的太赫兹波斜入射到超材料分波器表面时，一种频率的太赫兹波透射，而另一种频率的太赫兹波反射，在空间上以不同的路径将两种频率的太赫兹波分开，实现了将0.225THz和0.300THz两个通信窗口的太赫兹波分离。进一步的，所述介质层材料为石英晶体或聚酰亚胺或硅，厚度为25～100μm，介质层上下表面的金属材料为金或银或铜，厚度为0.2～0.5μm。进一步的，所述超材料单元结构的介质层边长P＝300μm。进一步的，所述介质层材料为石英，厚度为50.0μm；所述金属层材料为金属金，厚度为0.2μm；所述介质层上表面的金属线的长l＝460μm，宽w＝16μm；所述介质层下表面的金属线的长l＝460μm，宽w＝16μm。进一步的，当f1和f2两种频率的太赫兹波在xoz面内同时入射到超材料表面时，f1反射，接收反射波f1的端口为port1；f2透射，接收透射波f2的端口为port2。进一步的，在f1(0.222～0.228THz)范围内，分波器的隔离度均大于22dB，在0.225THz处的隔离度最大为37dB，插入损耗为0.19dB；在f2(0.291～0.312THz)范围内，分波器的隔离度均大于22dB，在0.300THz处的隔离度最大为49dB，插入损耗为0.04dB。本专利技术的优点及有益效果如下：现有的分波器大多采用光子晶体以及波导的结构，本专利技术的创新点在于，采用超材料结构作为分波器的物理结构，超材料相较于光子晶体更易加工，更适合大规模推广应用，并且在工作频点的隔离度与插入损耗的性能更优；超材料设计灵活方便，根据实际应用要求，通过设计超材料单元结构，可将分波器的工作频率设计到所需的频率点。当超材料结构取上述参数时，可将0.225THz与0.300THz的太赫兹波分离，并且分离效果较好，隔离度大，损耗较小。附图说明图1(a)是本专利技术提供优选实施例基于超材料的太赫兹分波器单元结构尺寸正面图，1(b)太赫兹分波器单元结构背面图。图2是超材料分波器单元结构三维图。图3是超材料分波器阵列图。图4是基于超材料的太赫兹分波器的分波示意图；图5是超材料太赫兹分波器的S参数曲线图；图6是端口1的群延迟曲线图；图7是端口2群延迟曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：本专利技术的太赫兹分波器单元结构正面如图1(a)所示，金属图案为“一”字型金属线。太赫兹分波器单元结构背面如图1(b)所示，为“一”字型金属线。当两种特定频率的太赫兹波斜入射到超材料分波器表面时，一种频率的太赫兹波透射，而另一种频率的太赫兹波反射，在空间上以不同的路径将两种频率的太赫兹波分开。实现了将0.225THz和0.300THz两个通信窗口的太赫兹波分离。所述介质层材料为石英，厚度为50.0μm。所述金属层材料为金属金，厚度为0.2μm。所述超材料单元结构的介质层边长P＝600μm。所述介质层上表面的金属线的长l＝460μm，宽w＝16μm。所述介质层下表面的金属线的长l＝460μm，宽w＝16μm。图2为基于超材料的太赫兹分波器的单元结构三维图。图3是超材料分波器阵列图，其中单元结构在x、y方向延伸。图4为基于超材料的太赫兹分波器的分波示意图，当f1和f2两种频率的太赫兹波在xoz面内同时入射到超材料表面时，f1反射，接收反射波f1的端口为port1；f2透射，接收透射波f2的端口为port2。图5为实施示例1超材料太赫兹分波器的S参数曲线图。在f1(0.222～0.228THz)范围内，分波器的隔离度均大于22dB，在0.225THz处的隔离度最大为37dB，插入损耗为0.19dB。在f2(0.291～0.312THz)范围内，分波器的隔离度均大于22dB，在0.300THz处的隔离度最大为49dB，插入损耗为0.04dB。此分波器对于上述两个频段范围内的隔离效果都较好，并且插入损耗较小，利于通信信号的有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于6G波分复用系统的基于超材料的太赫兹分波器，用于6G波分复用系统的波分复用，其特征在于，该太赫兹分波器由若干相同的超材料单元结构组成，所述超材料单元结构沿着x、y方向周期性排列，超材料单元结构为一正方形结构，边长为P，所述超材料单元结构包括介质层(1)和介质层(1)表面的第一金属图案层(2)以及背面的第二金属图案层(3)，金属图案层(2)为“一”字型长方体金属线，第二金属图案层(3)为“一”字型长方体金属线，介质层(1)用于支撑金属图案，对太赫兹波吸收损耗小，利于太赫兹波透过超材料，第一金属图案层(2)和第二金属图案层(3)用于与入射太赫兹波相互作用，当通信窗口附近的两种特定频率的太赫兹波斜入射到超材料分波器表面时，一种频率的太赫兹波透射，而另一种频率的太赫兹波反射，在空间上以不同的路径将两种频率的太赫兹波分开，实现了将0.225THz和0.300THz两个通信窗口的太赫兹波分离。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于6G波分复用系统的基于超材料的太赫兹分波器，用于6G波分复用系统的波分复用，其特征在于，该太赫兹分波器由若干相同的超材料单元结构组成，所述超材料单元结构沿着x、y方向周期性排列，超材料单元结构为一正方形结构，边长为P，所述超材料单元结构包括介质层(1)和介质层(1)表面的第一金属图案层(2)以及背面的第二金属图案层(3)，金属图案层(2)为“一”字型长方体金属线，第二金属图案层(3)为“一”字型长方体金属线，介质层(1)用于支撑金属图案，对太赫兹波吸收损耗小，利于太赫兹波透过超材料，第一金属图案层(2)和第二金属图案层(3)用于与入射太赫兹波相互作用，当通信窗口附近的两种特定频率的太赫兹波斜入射到超材料分波器表面时，一种频率的太赫兹波透射，而另一种频率的太赫兹波反射，在空间上以不同的路径将两种频率的太赫兹波分开，实现了将0.225THz和0.300THz两个通信窗口的太赫兹波分离。


2.根据权利要求1所述的一种应用于6G波分复用系统的基于超材料的太赫兹分波器，其特征在于，所述介质层材料为石英晶体或聚酰亚胺或硅，厚度为25～100μm，介质层上下表面的金属材料为金或银或铜，厚度为0.2～0.5μm。


3.根据权利要求1所述的一种应用于6G波分...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘武，张雪雯，沈涛，李燚，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50