【摘 要】
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作为实现通信系统中信号可靠传输的核心结构,柔性传输线因小型化、高灵活性等特点,被应用到各行各业。随着系统的高集成化,应用领域的多样化,各行业对传输线的损耗、串扰等性能以及尺寸等方面的要求愈发严格。人工表面等离激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs)凭借出色的色散、场局域化等特性,可突破传统结构在高频下信号完整性的发展瓶颈。与此同时,考虑到传输线易受力学形
【基金项目】
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国家自然科学基金(62071166); 秦皇岛市科技研发项目(202003B004);
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作为实现通信系统中信号可靠传输的核心结构,柔性传输线因小型化、高灵活性等特点,被应用到各行各业。随着系统的高集成化,应用领域的多样化,各行业对传输线的损耗、串扰等性能以及尺寸等方面的要求愈发严格。人工表面等离激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs)凭借出色的色散、场局域化等特性,可突破传统结构在高频下信号完整性的发展瓶颈。与此同时,考虑到传输线易受力学形变的影响,以及电路功耗叠加外部环境的热效应,因此,电磁场、热学场和力学场等多场耦合下的力学和热学可靠性也成为研究传输线不可或缺的内容。针对以上背景,本文分别设计了低频和高频柔性SSPPs传输线结构,并对其电磁-力以及电磁-热-力耦合性能展开了系统的研究,具体内容如下:(1)通过研究双导体SSPPs的色散和等效电路,提出了低频柔性叉指SSPPs传输线,实现了79.5%的小型化,并研究了多场耦合性能。通过在凹槽设计叉指结构,分析了叉指SSPPs的等效电路和色散曲线,验证了小型化原理。叉指SSPPs传输线的带宽为3 GHz-15.25 GHz,横向线宽为0.098λg,与传统结构相比尺寸降低了79.5%。串扰和损耗也优于同等尺寸的微带线和接地共面波导。然后,研究了拉伸和压缩弯曲下叉指SSPPs的色散和传输特性,以及不同工作温度下的电磁-热-力场耦合特性。仿真结果表明传输线的性能基本不受弯曲半径的影响,且在-100℃-200℃保持稳定。(2)为了实现SSPPs在毫米波频段的传输调控,在单元间引入叉指形成不连续结构,设计了一种针对高频的耦合式SSPPs传输线结构,并计算了耦合特性。分析了叉指结构和单元结构对SSPPs传输线工作带宽的调控能力,最终结构在22.74 GHz-27.73 GHz频带内具有良好的传输性能。然后,验证了电磁-力学多场下高频传输线对压缩和拉伸弯曲不敏感。最后,对毫米波SSPPs传输线的电磁-热-力三场耦合性能进行了分析,结果表明其在-100℃-200℃范围内具有良好的稳定性。(3)对设计的SSPPs传输线结构进行加工实测。首先,设计并优化了SSPPs传输线与矢量网络分析仪进行连接的测试过渡结构。随后根据仿真中力学模型和热学环境设置,利用泡沫和温度调节仪搭建了实测平台,测试传输线在力学形变以及不同温度下的电磁可靠性,验证了仿真结果。
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