一种使任意方向电磁波极化偏转固定角度的极化转化器制造技术

一种使任意方向电磁波极化偏转固定角度的极化转化器，该极化转化器采用立体的人工电磁结构，用于将任意入射方向电磁波的极化角度偏转固定角度，包括总谐振阵列，所述总谐振阵列包括20乘20个周期性谐振单元，每个谐振单元沿着正交方向规则排列；每个谐振单元包括第一柱体和第二柱体，第一柱体包括前段、中段和后段，前段与中段呈L形排列，后段垂直于前段与中段所在的平面并与中段的末端连接，第一柱体和第二柱体尺寸相同且呈对称方向排列；还包括金属地基板和填充在金属地基板中的绝缘体铁氟龙，第一柱体和第二柱体分布在金属地基板的两面，中段贯穿金属地基板；本实用新型专利技术能将任意方向电磁波极化固定偏转π/2‑2*φ角度，结构简单。

A Polarization Converter to Deflect Polarization of Electromagnetic Wave in Arbitrary Direction at Fixed Angle

A polarization converter is designed to deflect the polarization of electromagnetic wave in any direction to a fixed angle. The polarization converter uses a three-dimensional artificial electromagnetic structure to deflect the polarization angle of electromagnetic wave in any incident direction to a fixed angle, including a total resonance array. The total resonance array consists of 20 times 20 periodic resonance units, each of which is arranged regularly in the orthogonal direction. The unit consists of the first column and the second column. The first column consists of the front, the middle and the back sections. The front and the middle sections are arranged in L-shape. The back sections are perpendicular to the plane where the front and middle sections are located and connected with the end of the middle section. The first column and the second column are aligned in the same size and in a symmetrical direction. The first column also includes the metal foundation plate and the insulator ferrofluoron filled in the metal foundation plate, and the first column. The second cylinder is distributed on both sides of the metal foundation plate, and the middle part runs through the metal foundation plate. The utility model can polarize electromagnetic waves in any direction and fix the deflection angle of pi/2 2*phi, and has simple structure.

【技术实现步骤摘要】
一种使任意方向电磁波极化偏转固定角度的极化转化器
本技术属于电磁
，具体涉及一种使任意方向电磁波极化偏转固定角度的极化转化器。
技术介绍
人工电磁结构是具有特殊电磁特性的人工结构，由特定几何形状的亚波长人工结构基本单元非周期或周期排列构成。目前关于人工电磁结构的物理特性研究，及其在定向辐射高性能天线、电磁隐身、空间通信、探测技术和新型太赫兹波段功能器件等领域的应用研究开始成为国际物理学和电磁学界的研究热点。电磁波极化定义为电场矢量末端空间的运动轨迹，对电磁波极化的控制是电磁波空间传播研究的重要组成部分。不同极化方式应用于不同场合。电磁波的极化特性在卫星通信，雷达接收抗干扰，航空航天，军事，医疗，以及目标探测、识别、编码、抽样等领域和方向中得到广泛应用。线极化电磁波在自由空间中传播时，由于空间环境的复杂性，会产生散射、折射和衍射等效应，从而改变电磁波的极化方向。当电磁波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，会降低接收效率，而当二者的极化方向正交时，天线则几乎接收不到电磁信号。将接收信号极化方向偏转到与接收天线极化方向，可使天线具有最佳接收效率。传统的极化转换器转换效率低、只适用单一电磁波入射方向、结构复杂、厚度较厚，无法满足现在通信系统低失真、适应性广、低剖面的要求，降低了通信系统的有效性和集成度，因此，设计出适用于任意电磁能量入射方向、高效率的极化转换装置愈发重要，本技术利用一种立体人工电磁结构制成了一种极化转化器，很好地克服了上述缺陷。
技术实现思路
本技术的目的在于采用立体人工电磁结构，提出了一种将任意方向电磁波极化固定偏转π/2-2*φ角度的极化转换器，与传统的极化转换器相比，结构简单，适应任意入射角度，损耗可以忽略，效率高；一种使任意方向电磁波极化偏转固定角度的极化转化器，该极化转化器采用立体的人工电磁结构，用于将任意入射方向电磁波的极化角度偏转固定角度，包括总谐振阵列，所述总谐振阵列包括20乘20个周期性谐振单元，每个谐振单元沿着正交方向规则排列；每个谐振单元包括第一柱体和第二柱体，第一柱体包括前段、中段和后段，前段与中段呈L形排列，中段贯穿金属地基板，后段垂直于前段与中段所在的平面，后段的末端与中段的末端连接，第一柱体和第二柱体尺寸相同且呈对称方向排列，第二柱体的前段与金属地基板的竖直边平行，第二柱体的后段与金属地基板的横边平行；还包括金属地基板和填充在金属地基板中的绝缘体铁氟龙，第一柱体和第二柱体分布在金属地基板的两面，中段贯穿金属地基板。优选的，所述第一柱体和第二柱体均为铜制材料。优选的，第一柱体和第二柱体的半径均为0.5mm，总高度均为9.28mm，前段和中段尺寸相同，均为15.05mm。优选的，所述金属地基板为铜制金属地基板。优选的，所述铜制金属地基板的体积为23.1mm乘23.1mm乘2mm。优选的，所述绝缘体铁氟龙相对介电常数为2.1，外半径为1mm，内半径为0.5mm，高度为2mm。优选的，每个谐振单元的体积为23.1mm乘23.1mm乘9.28mm。优选的，所述每个谐振单元的参数可调，谐振频率和工作频点均可调节。本技术的有益效果：本技术与传统的极化转换器相比，采用形式新颖的人工电磁结构，能够实现对任意方向线极化电磁波的固定角度极化偏转，结构简单且易于加工，通过调节谐振单元各个参量大小，可以方便的实现对于谐振频率，工作频点的调节；本技术中的每个谐振单元仅占用23.1mm乘23.1mm乘9.28mm，占用体积很小，与现代无线通信中对于设备小型化的要求契合度很好；在中心工作频点5.8GHz处，对于任意极化方向的线极化电磁波均能实现高于99%的极化方向转换，高于传统的极化转换器，弥补了传统极化转换器转换效率较低、对各个入射角度能量极化转换性能差的缺点；本技术采用传导耦合，是一种新型极化转换方式；本技术中的谐振单元能够进行周期性扩展，结构灵活，易于量产，具有良好的应用前景。附图说明图1是本技术总谐振阵列结构示意图；图2是本技术下谐振单元正面示意图；图3是本技术第一柱体示意图；图4是为极化转换机制说明图；图5是为与X轴呈0度、30度、60度和90度的电磁波入射时，阵列的回波损耗特性S11；图6是为与X轴呈0度、30度、60度和90度的电磁波入射时，阵列极化转换的效率。1、第一柱体；2、第二柱体；3、绝缘体铁氟龙；4、金属地基板；A、谐振单元。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术提供了如图1-6所示的一种实施方式一种使任意方向电磁波极化偏转固定角度的极化转化器，该极化转化器采用立体的人工电磁结构，用于将任意入射方向电磁波的极化角度偏转固定角度，包括总谐振阵列，所述总谐振阵列包括20乘20个周期性谐振单元A，每个谐振单元A沿着正交方向规则排列，每个谐振单元A的体积为23.1mm乘23.1mm乘9.28mm，每个谐振单元A的参数可调，谐振频率和工作频点均可调节；每个谐振单元A包括第一柱体1和第二柱体2，所述第一柱体1和第二柱体2均为铜制材料，第一柱体1包括前段、中段和后段，前段与中段呈L形排列，中段贯穿金属地基板4，后段垂直于前段与中段所在的平面，后段的末端与中段的末端连接，第一柱体1和第二柱体2尺寸相同且呈对称方向排列，第二柱体2的前段与金属地基板4的竖直边平行，第二柱体2的后段与金属地基板4的横边平行，第一柱体1和第二柱体2的半径均为0.5mm，总高度均为9.28mm，前段和中段尺寸相同，均为15.05mm；还包括金属地基板4和填充在金属地基板4中的绝缘体铁氟龙3，第一柱体1和第二柱体2分布在金属地基板4的两面，中段贯穿金属地基板4，两根铜柱会产生高强度表面电流，因铜柱方向的特殊分布排列，表面电流的流向在背面将发生改变，这使得电磁能量在从结构正面透射到背面的过程中，极化方向完成π/2-φ的角度偏转；金属地基板4优选为铜制金属地基板，铜制金属地基板的体积为23.1mm乘23.1mm乘2mm，所述绝缘体铁氟龙3相对介电常数为2.1，外半径为1mm，内半径为0.5mm，高度为2mm。极化转换机制为：在中心工作频点5.8GHz处，当任意极化方向的线极化能量入射到结构正面时，产生谐振，结构两面的L型铜柱上产生高强度表面电流，而因铜柱方向的特殊分布排列，表面电流的流向在背面将发生改变，这使得电磁能量在从结构正面透射到背面的过程中，极化方向完成π/2-2*φ的角度偏转。现以图4为例来详细说明本技术的极化转换机制，图4标明了球坐标系下各个坐标轴的方向；E表示5.8GHz的入射电磁波，方向为-Z轴，与X轴呈任意夹角φ，此时阵列谐振，L型结构上产生高强度的表面电流；Ex表示波沿X轴的分量，依靠图2中的结构1来完成极化方向转换，转换后的分量用Ex’表示；Ey表示波沿Y轴的分量，依靠图2中的结构2来完成极化方向转换，转换后的分量用Ey’表示；将Ex’和Ey’合成，可得到波完成极化方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使任意方向电磁波极化偏转固定角度的极化转化器，其特征在于：该极化转化器采用立体的人工电磁结构，用于将任意入射方向电磁波的极化角度偏转固定角度，包括总谐振阵列，所述总谐振阵列包括20乘20个周期性谐振单元（A），每个谐振单元（A）沿着正交方向规则排列；每个谐振单元（A）包括第一柱体（1）和第二柱体（2），第一柱体（1）包括前段、中段和后段，前段与中段呈L形排列，中段贯穿金属地基板（4），后段垂直于前段与中段所在的平面，后段的末端与中段的末端连接，第一柱体（1）和第二柱体（2）尺寸相同且呈对称方向排列，第二柱体（2）的前段与金属地基板（4）的竖直边平行，第二柱体（2）的后段与金属地基板（4）的横边平行；还包括金属地基板（4）和填充在金属地基板（4）中的绝缘体铁氟龙（3），第一柱体（1）和第二柱体（2）分布在金属地基板（4）的两面，中段贯穿金属地基板（4）。

【技术特征摘要】
1.一种使任意方向电磁波极化偏转固定角度的极化转化器，其特征在于：该极化转化器采用立体的人工电磁结构，用于将任意入射方向电磁波的极化角度偏转固定角度，包括总谐振阵列，所述总谐振阵列包括20乘20个周期性谐振单元（A），每个谐振单元（A）沿着正交方向规则排列；每个谐振单元（A）包括第一柱体（1）和第二柱体（2），第一柱体（1）包括前段、中段和后段，前段与中段呈L形排列，中段贯穿金属地基板（4），后段垂直于前段与中段所在的平面，后段的末端与中段的末端连接，第一柱体（1）和第二柱体（2）尺寸相同且呈对称方向排列，第二柱体（2）的前段与金属地基板（4）的竖直边平行，第二柱体（2）的后段与金属地基板（4）的横边平行；还包括金属地基板（4）和填充在金属地基板（4）中的绝缘体铁氟龙（3），第一柱体（1）和第二柱体（2）分布在金属地基板（4）的两面，中段贯穿金属地基板（4）。2.根据权利要求1所述的使任意方向电磁波极化偏转固定角度的极化转化器，其特征在于：所述第一柱体（1）和第二柱体（2）均为铜制材料。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王身云，毕杰栋，岑大维，李阳，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32