高宝线研究进展

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1、高宝线研究进展　　摘要：　　高宝线是一种涂覆介质的单金属传输线，主要应用于高频电磁波的传输与传感领域。结合超材料技术制作出的平面高宝线能够在微波与太赫兹波频段高效激发伪表面等离子体激元，具有高效传输与高灵敏传感特性。介绍了近些年来国内外高宝线的研究进展，综合概述其主要结构的设计方法，分析其测试与仿真结果，并且简要介绍了高宝线的未来发展趋势以及潜在应用。　　关键词：　　高宝线；传感器件；传输效率；表面等离子体激元　　中图分类号：O441文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2016.06.016　　Abstract：　　Gouba

2、ulineiscomposedofasinglewirecoatedwithdielectricmaterialswhichisusedassensorandtransmissionlineforhighfrequency.PlanarGoubaulinesmadebymetamaterialtechnologycouldexcitespoofsurfaceplasmonpolaritionseffectivelyinmicrowaveandterahertzregionswhichhavepotentialapplicationsonhigheffectiv

3、eonchiptransmissionofmicrowaveandterahertzradiationsandhighperformancesensors.InthisreviewpaperweintroducetheresearchprogressofGoubaulinesinrecentyears，summarizethedesignmethodologies，analyzethemeasurementandsimulationresults，andfinallydescribethedevelopmenttrendandpotentialapplicat

4、ionsoftheplanarGoubaulines.　　Keywords：　　Goubauline；sensor；transmissionefficiency；spoofsurfacepolaritons　　引言　　高??线（Goubauline）是由Sommerfeld[1]首次提出，Goubau[2]最终经实验设计出的一种应用于高频电磁波的传输线，其典型结构是在单根导体表面涂覆介质材料，电磁波以表面波的形式在导体表面高效传播。同时由于在高宝线上传导的电磁波依附在导体表面区域，可提高电磁波与物质的相互作用面，因此高宝线可用于高灵敏传感[3]。相较其他种类的

5、传输线，高宝线的一个显著优点在于其在高频部分有更低的介质损耗，这能够解决双平行线和同轴电缆在高频部分损耗过大的问题。此外，高宝线更像是一种波导，而不是应用于电路中的传输线路。相比于空间电磁波，高宝线上传输的电磁波群速度要小，这会导致波前轻微弯曲并指向高宝线的中心导体，这会让电磁波依附在介质表面，因此高宝线激发的表面波具有局域性[4]。这种表面局域性让它具有高效的传感性能，因此在超分辨成像[5]、电磁诱导透明[67]和生物检测[7]等领域具有广阔的应用前景。由于它是单线传输器件，便于与其他发射与探测器件连接，所以相较于微带线与带状线，它在集成能力方面具有显著的优

6、势。　　高宝线的传输效率与传感效率是其实现广泛应用的关键。传感效率决定于高宝线上表面波的局域性。局域性越强，传感灵敏度越高。但是增强表面局域性会使高宝线的端口阻抗增大，与双线传输常用的50Ω端口阻抗产生阻抗失配问题。因此，如何在不影响传输效率的前提下，增强高宝线上表面波的局域性是一个非常重要的问题。常用的方法是使用一个转换结构，例如最简单的办法是采用λ/4阶梯式阻抗变换器[8]，配合使用并联补偿短路线来消抗，但是这种方法只能补偿单频点的阻抗失配问题。更普遍的办法是采用锥状渐变线[3]，通过对不同频率在锥状渐变线的不同部位产生的阻抗变换，来进行宽频传输。但是传统

7、的做法无法提高表面波的传感效率，必须借助其他方法在不影响其传输效率的情况下提高其传感性能。　　本文结合最近十多年国内外高宝线的研究进展，综合概述其主要结构设计要点，分析其测试与仿真结果，重点分析了高宝线研究中的三个重要设计方法。　　1高宝线研究进展　　1.1高宝线平面化　　诞生于20世纪50年代的高宝线，由于缺乏有效的转换结构，其应用受到严重限制。要将高宝线集成化，首先要将高宝线平面化。2005年，Treizebré等[9]提出的平面高宝线结构实现了高宝线的平面化。如图1（a）所示，平面高宝线结构整体划分为三个部分：I部分是为了能与同轴电缆端接，共面波导端口设

8、计为50Ω；II部分是转换结构，采用渐