一种宽带高效率透射型极化转换器制造技术

本发明专利技术公开一种宽带高效率透射型极化转换器，包括介质基板和在介质基板表面和之间刻蚀的金属图案。金属图案由若干个极化转换单元结构周期排布组成。利用超材料极化转换透镜对入射线极化电磁波实现极化分解，当线极化波以适当极化角度入射，在通过极化转换器的时候被分解为两个振幅相等，相位相差90°或180°的线极化波分量。当相位差为90°时，两个相互垂直的线极化波以适当极化角度入射并通过透镜后可以分别转换为左旋和右旋圆极化波。当相位差为180°时，可以实现线极化90°或其它任意角度旋转。上述的宽带高效率透射型极化转换器可设计在微波和毫米波的任何频段，方法简单实用，利于设计、加工和装配，尺寸薄，重量轻，费用不高。

A wide band and high efficiency transmission polarization converter

The invention discloses a broadband high efficiency transmission polarization converter, which comprises a dielectric substrate and a metal pattern etched on and between the dielectric substrate surfaces. The metal pattern is composed of a plurality of polarization conversion units arranged periodically. Polarization decomposition is realized by using the polarizing transfer lens of supermaterial. When the linear polarization wave is incident at an appropriate polarization angle, it is decomposed into two linear polarized wave components of equal amplitude, phase difference of 90 or 180 degrees in the polarization converter. When the phase difference is 90 degrees, two vertical polarization waves can be converted into left-handed and right-handed circular polarization waves respectively at the appropriate polarization angle and after the lens is passed through the lens. When the phase difference is 180 degrees, the line polarization can be achieved at 90 degree or any other angle. The above wideband and high efficiency transmission polarization converter can be designed in any frequency band of microwave and millimeter wave. The method is simple and practical. It is good for design, processing and assembly. It has thin size, light weight and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种宽带高效率透射型极化转换器
本专利技术属于电磁波传播
，尤其涉及电磁波极化转换。
技术介绍
极化是电磁波重要特性之一，在无线信号传输和测量时发挥重要作用。电磁波按照极化方式分为线极化波、圆极化波、椭圆极化波。随着通信、雷达等无线系统的发展，对电磁波的极化的控制和变换显得越来越重要。目前的大部分微波发生器发射的电磁波基本是线极化的，随着卫星通信与太空探索的发展以及雷达技术对目标在各种极化形式和气候环境下跟踪定位的需要，线极化波已远不能满足需求。在信号接收能力上，圆极化天线可以接收圆极化波和任意线极化波，同时圆极化天线在电磁抗干扰上相比同尺寸大小的线极化天线也有着优势。比如，在剧烈摆动或滚动的飞行器上装置圆极化天线，可以在任何状态下都能收到信号；在天文、航天设备中采用圆极化天线，既可以减小信号漏失，又能消除由电离层法拉第旋转效应引起的极化畸变等影响；在电视广播中采用圆极化天线，可克服重影、抑制雨雾的干扰，保持画面的稳定等。可见，圆极化天线在卫星通信、深空探测、雷达技术、射电天文学及电视广播等领域的应用前景是十分广阔的。传统对电磁波极化状态进行调控的方法主要包括光栅调控、双色性晶体调控、及双折射调控等。但是传统的极化转换设备尺寸过大，比如厚度过大甚至远大于其工作波长。而其中尺寸相对较小的光栅，其介质损耗又偏大。最近十年来随着超材料和超表面材料技术的发展，出现了各种各样新的极化控制技术，但大部分都是反射型极化变换器，而文献中基于超表面的透射型极化变换器大部分工作频段在太赫兹，且透射效率不高。至于微波毫米波波段的极化变换器，要么尺寸偏大，要么透射效率不高。本专利技术基于电磁波极化变换原理，设计出可以用于微波毫米波波段的厚度低于半个工作波长的线极化旋转器(比如90°极化转换器)和线-圆极化变换器透镜，极化转换效率均大于90％，透镜传输系数大于0.9，工作带宽均在5％-10％之间，且该结构可以通过改变尺寸轻易设计在微波毫米波的其它任何波段，具有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种尺寸小、厚度薄、损耗小、简单轻便、成本低廉以及易设计的平面结构的超材料极化转换器，可以进行线极化变换和线-圆极化转换。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是这样的：一种宽带高效率透射型极化转换器，包括：至少两层层叠设置的介质基板；所述基板与基板之间、以及最上一层基板与最下一层基板相背的一面分别刻蚀金属图案；所述金属图案由若干极化转换单元结构周期排布组成；所述极化转换单元结构包括一金属环，以及置于金属环内的偶极子，所述偶极子与金属环不发生接触；各个面中的金属图案可以相同也可以不相同；各个所述介质基板的介电常数可以相同，也可以不同；通过调整偶极子的长度来调整谐振频率下的传输相位差为90°时，两个入射方向相互垂直的线极化波通过透射型极化转换器后，转换为出射方向相互垂直的圆极化波；两个入射方向相互垂直的圆极化波通过透射型极化转换器，转换为出射方向相互垂直的线极化波。在一较佳实施例中：所述金属环为方形金属环，内联2个金属短截条组，所述金属短截条组绕着金属环的轴心旋转对称分布，并且每一个金属短截条组包括两条平行等长的金属短截条；所述金属短截条的一端与金属环的内壁连接，另一端向着偶极子延伸，并不与偶极子接触；在一较佳实施例中：所述偶极子为正交十字振子，并且两个振子不等长且呈45°与135°方向放置；通过改变正交十字振子的长度和宽度以及短截条的尺寸和间距，所述透射型极化转换器在沿正交十字振子的两个正交方向的线极化的入射波激励下，分别产生谐振，在谐振频率两个极化的入射波的传输系数接近1；通过调整正交十字振子的长度来调整谐振频率下的传输相位差为90°，当入射波为0°向和90°向线极化波时，通过透射型极化转换器后会分别转换为左旋和右旋圆极化波；当入射波为右旋或左旋圆极化波时，通过透射型极化转换器后会分别转换为x向或y向线极化波。在一较佳实施例中：所述极化转换单元结构的边长和单元厚度均小于透射型极化转换器工作频段中心频率波长的一半。本专利技术还提供了一种宽带高效率透射型极化转换器，包括：至少两层层叠设置的介质基板；所述基板与基板之间、以及最上一层基板与最下一层基板相背的一面分别刻蚀金属图案；所述金属图案由若干极化转换单元结构周期排布组成；所述极化转换单元结构包括一金属环，以及置于金属环内的偶极子，所述偶极子与金属环不发生接触；各个面中的金属图案可以相同也可以不相同；各个所述介质基板的介电常数可以相同，也可以不同；通过调整偶极子的长度来调整谐振频率下的传输相位差为180°时，两个方向入射的线极化波在通过透射型极化转换器后，转化为出射方向旋转90°的线极化波。在一较佳实施例中：所述金属环为方形金属环，内联4个金属短截条组，所述金属短截条组绕着金属环的轴心旋转对称分布，并且每一个金属短截条组包括两条平行等长的金属短截条；所述金属短截条的一端与金属环的内壁连接，另一端向着偶极子延伸，并不与偶极子接触。在一较佳实施例中：所述偶极子为正交十字振子，并且两个振子的长度不相同且呈0°和90°放置；通过改变正交十字振子的长度和宽度以及短截条的尺寸和间距，所述透射型极化转换器在沿正交十字振子的两个正交方向的线极化的入射波激励下，分别产生谐振，在谐振频率两个极化的入射波的传输系数接近1，传输相位由两个正交振子的长度控制；通过调整正交十字振子的长度来调整谐振频率下的传输相位差为180°时，沿45°或135°方向的线极化波在通过透射型极化转换器后会分别转换为135°或45°方向的线极化波。在一较佳实施例中：所述极化转换单元结构的边长和单元厚度均小于透射型极化转换器工作频段中心频率波长的一半。在一较佳实施例中：所述偶极子为正交十字振子，并且两个振子不等长且可以呈0°与90°方向放置；通过调整正交十字振子的长度来调整谐振频率下的传输相位差为90°，当入射波为45°和135°方向线极化波时，通过透射型极化转换器后会分别转换为左旋和右旋圆极化波；当入射波为右旋或左旋圆极化波时，通过透射型极化转换器后会分别转换为45°和135°方向线极化波。在一较佳实施例中：所述偶极子为正交十字振子，并且两个振子的长度不相同且可以呈45°和135°放置；通过调整正交十字振子的长度来调整谐振频率下的传输相位差为180°时，沿0°或90°方向的线极化波在通过透射型极化转换器后会分别转换为90°或0°方向的线极化波相较于现有技术，本专利技术的技术方案具备以下有益效果：1.本专利技术提供了一种宽带高效率透射型极化转换器，当x(0°)向或y(90°)向的线极化波经过透射型极化转换器时，入射波将被分解为u(45°)向和v(135°)向两个振幅相等，相位相差90°的线极化波分量，从而使从透射型极化转换器出射的电磁波转化为圆极化波。当入射的线极化波极化方向为非x向或y向时，经过透射型极化转换器产生椭圆极化波。2.本专利技术提供了一种宽带高效率透射型极化转换器，u向或v向线极化波经过线极化转换透射型极化转换器时，入射波将被分解为两个振幅相等，相位相差180°的线极化波分量，从而使从透射型极化转换器出射的线极化电磁波的极化方向旋转90°。当入射的线极化波极化方向为非u向或v向时，经过线极化转换透镜产生其它非90本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带高效率透射型极化转换器，其特征在于包括：至少两层层叠设置的介质基板；所述基板与基板之间、以及最上一层基板与最下一层基板相背的一面分别刻蚀金属图案；所述金属图案由若干极化转换单元结构周期排布组成；所述极化转换单元结构包括一金属环，以及置于金属环内的偶极子，所述偶极子与金属环不发生接触；各个面中的金属图案可以相同也可以不相同；各个所述介质基板的介电常数可以相同，也可以不同；通过调整偶极子的长度和短截线长度来调整谐振频率下的传输相位差为90°时，两个入射方向相互垂直的线极化波通过透射型极化转换器后，转换为出射方向相互垂直的圆极化波；两个入射方向相互垂直的圆极化波通过透射型极化转换器，转换为出射方向相互垂直的线极化波。

【技术特征摘要】
1.一种宽带高效率透射型极化转换器，其特征在于包括：至少两层层叠设置的介质基板；所述基板与基板之间、以及最上一层基板与最下一层基板相背的一面分别刻蚀金属图案；所述金属图案由若干极化转换单元结构周期排布组成；所述极化转换单元结构包括一金属环，以及置于金属环内的偶极子，所述偶极子与金属环不发生接触；各个面中的金属图案可以相同也可以不相同；各个所述介质基板的介电常数可以相同，也可以不同；通过调整偶极子的长度和短截线长度来调整谐振频率下的传输相位差为90°时，两个入射方向相互垂直的线极化波通过透射型极化转换器后，转换为出射方向相互垂直的圆极化波；两个入射方向相互垂直的圆极化波通过透射型极化转换器，转换为出射方向相互垂直的线极化波。2.根据权利要求1所述的一种宽带高效率透射型极化转换器，其特征在于：所述金属环为方形金属环，内联2个金属短截条组，所述金属短截条组绕着金属环的轴心旋转对称分布，并且每一个金属短截条组包括两条平行等长的金属短截条；所述金属短截条的一端与金属环的内壁连接，另一端向着偶极子延伸，并不与偶极子接触。3.根据权利要求2所述的一种宽带高效率透射型极化转换器，其特征在于：所述偶极子为正交十字振子，并且两个振子不等长且呈45°与135°方向放置；通过改变正交十字振子的长度和宽度以及短截条的尺寸和间距，所述透射型极化转换器在沿正交十字振子的两个正交方向的线极化的入射波激励下，分别产生谐振，在谐振频率两个极化的入射波的传输系数接近1；通过调整正交十字振子的长度来调整谐振频率下的传输相位差为90°，当入射波为x向(0°)和y向(90°)线极化波时，通过透射型极化转换器后会分别转换为左旋和右旋圆极化波；当入射波为右旋或左旋圆极化波时，通过透射型极化转换器后会分别转换为x向或y向线极化波。4.根据权利要求1所述的一种宽带高效率透射型极化转换器，其特征在于：所述极化转换单元结构的边长和单元厚度均小于透射型极化转换器工作频段中心频率波长的一半。5.一种宽带高效率透射型极化转换器，其特征在于包括：至少两层层叠设置的介质基板；所述基板与基板之间、以及最上一层基板与最下一层基板相背的一面分别刻蚀金属图案；所述金属图案由若干极化转换单元结构周期排布组成；所述极化转换单元结构包括一金属环，以及置于金属环内的偶极子，所述偶极子与金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛悦禾，林成秀，陈徐湘，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35