一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器制造技术

本发明专利技术公开一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器，由介质基底层、有源超表面层和金属地板层组成；有源超表面层由多个相同的蝶形结构单元组成，这些蝶形结构单元在介质基底层的上表面呈规则矩阵式间隔排列；金属地板层由多条相同的条状金属片组成，这些条状金属片在介质基底的下表面呈并行式间隔排列；上述介质基底层上开设有多个金属过孔，金属贴片均通过对应的金属过孔与其正下方的条状金属片相连。本发明专利技术通过控制变容二极管的偏置电压实现器件功能的切换，使其具有线极化偏转、椭圆极化转换和圆极化转换等多重功能，解决了极化器功能单一的问题。

A functional reconfigurable polarization converter based on active super surface

The invention discloses a functional reconfigurable polarization converter based on active super surface, which consists of a medium base layer, an active super surface layer and a metal floor layer. The active super surface layer is composed of several same butterfly structure units. These butterfly structural units are arranged in regular matrix intervals on the upper surface of the substrate layer. The floor layer is composed of a number of identical strip metal sheets, which are arranged on the lower surface of the medium base and arranged in a row interval. By controlling the switching of the bias voltage of the varactor diode, the device has multiple functions such as the wired polarization deflection, the elliptical polarization conversion and the circular polarization conversion, so as to solve the problem of the single polarizer function.

【技术实现步骤摘要】
一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器
本专利技术涉及极化转换器
，具体涉及一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器。
技术介绍
极化是电磁波的重要特性之一，在通信、成像、传感等领域内有重要应用。基于超表面的新型极化转换器件具有重量轻、结构简单、损耗低等优点而被广泛应用。然而该类器件通常由无源超表面构成，由此设计的极化转换器功能单一，不具备可调谐特性。若要实现器件的多功能特性，则必须修改超表面的几何结构和参数，并进行重新设计，这极大限制了器件的应用。
技术实现思路
本专利技术针对现有极化转换器不具备可调谐特性的问题，提供一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器，包括极化转换器本体，该极化转换器本体由介质基底层、有源超表面层和金属地板层组成。上述有源超表面层由多个相同的蝶形结构单元组成，这些蝶形结构单元在介质基底层的上表面呈规则矩阵式间隔排列；每个蝶形结构单元均由1个变容二极管和2片金属贴片所构成；2片金属贴片结构完全相同，并呈镜像对称地设置在变容二极管的两侧，且变容二极管的2个管脚分别与这2片金属贴片相连。上述金属地板层由多条相同的条状金属片组成，这些条状金属片在介质基底的下表面呈并行式间隔排列；条状金属片的数量为有源超表面层上的蝶形结构单元列数的2倍，即每一列蝶形结构单元的左侧金属贴片的正下方设有一条沿列向延伸的条状金属片即左侧条状金属片，每一蝶形结构单元的右侧金属贴片的正下方设有另一条沿列向延伸的条状金属片即右侧条状金属片；左侧条状金属片和右侧条状金属片分别连接偏置电源的其中一极。上述介质基底层上开设有多个金属过孔；金属过孔的数量与有源超表面层上的金属贴片的数量相同，且每个金属过孔均位于对应金属贴片的正下方；每个金属贴片均通过对应的金属过孔与其正下方的条状金属片相连。上述方案中，金属贴片为等腰梯形、等腰三角形或水滴形。上述方案中，介质基底层为FR4介质板。上述方案中，每一列的左侧条状金属片均与偏置电源的同一极相连，每一列的右侧条状金属片均与偏置电源的另一极相连。上述方案中，通过改变偏置电源来调整极化转换器本体在x方向的表面阻抗，以实现对极化转换器本体在x方向上反射波的调控，并最终实现对极化转换器本体在x方向和y方向上反射波的合成波的极化态的调控。与现有技术相比，本专利技术能够通过控制变容二极管的偏置电压实现器件功能的切换，使其具有线极化偏转、椭圆极化转换和圆极化转换等多重功能，从而解决了极化器功能单一的问题。另外，采用栅状条状金属片为地板，使其同时兼有反射板和二极管偏置线的功能，不需要单独为二极管设置偏置线，简化了器件结构。附图说明图1为一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器的立体结构示意图。图2为图1的俯视示意图。图3为单个蝶形结构单元的结构示意图。图4为偏置电压加载方式。图5为变容二极管偏置电压为0V时，器件对u极化方向入射波的反射系数的振幅曲线图。图6为变容二极管偏置电压为0V时，器件对u极化入射波的转换效率(PCR)图。图7为变容二极管偏置电压为-19V时，器件对u极化入射波的反射系数的振幅曲线图。图8变容二极管偏置电压为-19V时，器件对u极化入射波的反射系数的相位分布图图9为变容二极管偏置电压为-19V时，圆极化反射波的轴比曲线图。图中标号：1、有源超表面层；1-1、金属贴片；1-2、变容二极管；2、介质基底层；2-1、金属过孔；3、金属地板层；3-1条状金属片。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。参见图1和2，一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器，包括极化转换器本体，该极化转换器本体由介质基底层2、有源超表面层1和金属地板层3组成。上述有源超表面层1由多个相同的蝶形结构单元组成，这些蝶形结构单元在介质基底层2的上表面呈规则矩阵间隔排列，即沿表面横向x轴方向(行方向)和表面纵向y轴方向(列方向)周期性排列而成。每个蝶形结构单元均1个变容二极管1-2和2片金属贴片1-1所构成，且每个蝶形结构单元均关于其中心呈表面横向x轴和表面纵向y轴对称。2片金属贴片1-1结构完全相同，并呈镜像对称地设置在变容二极管1-2的两侧，变容二极管1-2的2个管脚分别与这2片金属贴片1-1相连。为了能够获得蝶形结构单元，所述金属贴片1-1可以采用等腰梯形、等腰三角形或水滴形。当2个金属贴片1-1为等腰梯形时，这2个等腰梯形金属贴片1-1的短边与变容二极管1-2连接。当2个金属贴片1-1为等腰三角形时，等腰三角形金属贴片1-1的顶角与变容二极管1-2连接。当2个金属贴片1-1为水滴形时，水滴形金属贴片1-1的尖角与变容二极管1-2连接。在本专利技术优选实施例中，所述金属贴片1-1为等腰梯形。参见图3。上述金属地板层3由多条相同的条状金属片3-1组成，这些条状金属片3-1在介质基底层2的下表面呈并行间隔排列。条状金属片3-1的数量为有源超表面层1上的蝶形结构单元列数的2倍，即每一列蝶形结构单元的左侧金属贴片1-1的正下方设有一条沿列向延伸的条状金属片3-1即左侧条状金属片3-1，每一蝶形结构单元的右侧金属贴片1-1的正下方设有另一条沿列向延伸的条状金属片3-1即右侧条状金属片3-1。在实际加工过程中，条状金属片3-1由完整的金属覆铜材料，并通过在y轴方向上刻蚀微型缝隙制成。由于金属地板层3同时兼有反射板和二极管偏置线的功能，因此不需要单独为二极管设置偏置线，从而简化了器件结构。上述介质基底层2上开设有多个金属过孔2-1。金属过孔2-1的数量与有源超表面层1上的金属贴片1-1的数量相同。每个金属过孔2-1均分别位于每个金属贴片1-1的正下方。每个金属贴片1-1均通过对应的金属过孔2-1与其正下方的条状金属片3-1相连。为了能够实现对本极化转换器本体的线极化偏转和圆极化转换功能的切换，需要在金属地板层3上接偏置电源，即每一蝶形结构单元下的左侧条状金属片3-1和右侧条状金属片3-1分别与偏置电源的其中一极相连。参见图4。对于整个极化转换器来说，每一列的左侧条状金属片3-1均与偏置电源的同一极(如正极)相连，每一列的右侧条状金属片3-1均与偏置电源的另一极(如负极)相连。偏置电源正负极连接在条状金属片3-1上，并通过金属过孔2-1对变容二极管1-2进行馈电，通过馈电电压调控变容二极管1-2的电容，来调整极化转换器本体在x方向的表面阻抗，以实现对极化转换器本体在x方向上反射波的调控，并最终实现对极化转换器本体在x方向和y方向上反射波的合成波的极化态的调控。在本实施例中，介质基底层2为FR4介质板，所述有源超表面层1的金属贴片1-1和金属地板层3的条状金属片3-1均由金属覆铜材料制成，有源超表面层1的变容二极管1-2采用SkyworksSolutions厂商生产的SMV2019-079LF系列变容二极管1-2，通过焊接技术将其加载在超表面上。单元结构周期P为16mm。介质基底层2的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器，包括极化转换器本体，其特征是，该极化转换器本体由介质基底层(2)、有源超表面层(1)和金属地板层(3)组成；上述有源超表面层(1)由多个相同的蝶形结构单元组成，这些蝶形结构单元在介质基底层(2)的上表面呈规则矩阵式间隔排列；每个蝶形结构单元均由1个变容二极管(1‑2)和2片金属贴片(1‑1)所构成；2片金属贴片(1‑1)结构完全相同，并呈镜像对称地设置在变容二极管(1‑2)的两侧，且变容二极管(1‑2)的2个管脚分别与这2片金属贴片(1‑1)相连；上述金属地板层(3)由多条相同的条状金属片(3‑1)组成，这些条状金属片(3‑1)在介质基底的下表面呈并行式间隔排列；条状金属片(3‑1)的数量为有源超表面层(1)上的蝶形结构单元列数的2倍，即每一列蝶形结构单元的左侧金属贴片(1‑1)的正下方设有一条沿列向延伸的条状金属片(3‑1)即左侧条状金属片(3‑1)，每一蝶形结构单元的右侧金属贴片(1‑1)的正下方设有另一条沿列向延伸的条状金属片(3‑1)即右侧条状金属片(3‑1)；左侧条状金属片(3‑1)和右侧条状金属片(3‑1)分别连接偏置电源的其中一极；上述介质基底层(2)上开设有多个金属过孔(2‑1)；金属过孔(2‑1)的数量与有源超表面层(1)上的金属贴片(1‑1)的数量相同，且每个金属过孔(2‑1)均位于对应金属贴片(1‑1)的正下方；每个金属贴片(1‑1)均通过对应的金属过孔(2‑1)与其正下方的条状金属片(3‑1)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器，包括极化转换器本体，其特征是，该极化转换器本体由介质基底层(2)、有源超表面层(1)和金属地板层(3)组成；上述有源超表面层(1)由多个相同的蝶形结构单元组成，这些蝶形结构单元在介质基底层(2)的上表面呈规则矩阵式间隔排列；每个蝶形结构单元均由1个变容二极管(1-2)和2片金属贴片(1-1)所构成；2片金属贴片(1-1)结构完全相同，并呈镜像对称地设置在变容二极管(1-2)的两侧，且变容二极管(1-2)的2个管脚分别与这2片金属贴片(1-1)相连；上述金属地板层(3)由多条相同的条状金属片(3-1)组成，这些条状金属片(3-1)在介质基底的下表面呈并行式间隔排列；条状金属片(3-1)的数量为有源超表面层(1)上的蝶形结构单元列数的2倍，即每一列蝶形结构单元的左侧金属贴片(1-1)的正下方设有一条沿列向延伸的条状金属片(3-1)即左侧条状金属片(3-1)，每一蝶形结构单元的右侧金属贴片(1-1)的正下方设有另一条沿列向延伸的条状金属片(3-1)即右侧条状金属片(3-1)；左侧条状金属片(3-1)和右侧条状金属片(3-1)分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：高喜，黄俊翔，杨万里，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45