基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面制造技术

本发明专利技术涉及微波技术领域，公开了基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面，包括在同一个平面上呈周期性排列形成矩形阵列的多个极化单元，每个极化单元包括介质基板、正面谐振结构和背面谐振结构；本发明专利技术通过正面谐振结构与正面谐振结构的组合，利用简单的图案谐振结构实现较宽的工作频带，降低了极化单元的制作成本，缩减了极化单元的尺寸面积，可以在Ku波段实现极高转换效率将x或y极化入射波转换为其正交极化的透射波，工作模式更加高效化以及宽带化，相较于传统的利用多个不同复杂尺寸谐振结构实现极化透射波，本发明专利技术具有更简单紧凑的结构，更易于集成的优点，利用现已成熟的标准印刷电路板工艺和光刻工艺即可实现，易于加工制作。

【技术实现步骤摘要】
基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面
本专利技术涉及微波
，具体涉及基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面。
技术介绍
极化是电磁波的一个重要性质，它是电磁波在传播过程中电场E随时间变化的轨迹表征。根据轨迹的不同，电磁波的极化态可为椭圆、线和圆三种。它在信号传输过程中发挥重要作用。随着信息技术的飞速发展，电磁波的极化广泛应用在各个领域，尤其军事装备上。因此，有效地对电磁波的极化方式和状态进行调控非常重要。传统调控电磁波极化状态的操作通常利用天然材料的双折射效应来实现，比如光栅、二色晶体等，这些都具有一定的局限性，例如体积过大、效率低下、能量损耗较大以及集成度低等。手性超表面(CMMs)是具有手性特征的超表面。它不具有对称面，即基于平移、转动及旋转等变换均不能与其镜像重合。该材料具有天然材料所不具备的奇异特性，已被应用于许多领域，例如负折射率、完美透镜、隐身和反常折射/反射等。也正是由于其特有的圆二色性以及旋光性等特点，被认为是一种能实现高效极化旋转的新途径。与传统的极化旋转器相比，基本手性超表面的极化旋转器具有结构简单、尺寸小、重量轻、易于集成等特点。手性超表面采用成熟的标准印制电路板工艺及光刻工艺轻易加工。非对称性传输(asymmetrictransmission,AT)是指电磁波能量从结构材料的一侧传播到另一侧的比例与从相反方向传播时产生明显不等的现象。英国南安普顿大学的V.A.Fedotov等人在2006年首次观察到这种特殊的极化转换物理现象，并随后两年里通过实验方法验证了它的存在。不同于法拉第效应的AT效应发生时是没有静电场的。近年来，国内外涌现许多性能优秀的研究设计，然而这些设计都具有结构复杂、带宽较窄、转换效率低的缺点，这在一定程度上限制其在实际工程中的应用。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术提供基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面，通过正面谐振结构与正面谐振结构的组合，利用简单的图案谐振结构实现较宽的工作频带，降低了极化单元的制作成本，缩减了极化单元的尺寸面积，可以在Ku波段实现极高转换效率(80％以上)将x极化(y极化)入射波转换为其正交极化的透射波，其工作模式更加高效化以及宽带化，相较于传统的利用多个不同复杂尺寸谐振结构实现极化透射波，本专利技术具有更简单紧凑的结构，更易于集成的优点，利用现已成熟的标准印刷电路板工艺和光刻工艺即可实现，易于加工制作。为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面，包括在同一个平面上呈周期性排列形成矩形阵列的多个极化单元，包括在同一个平面上呈周期性排列形成矩形阵列的多个极化单元，每个极化单元包括介质基板、位于介质基板正面的正面谐振结构以及位于介质基板背面的背面谐振结构；所述介质基板、正面谐振结构和背面谐振结构的中心位于同一垂直线上；正面谐振结构由一个方形环在竖直方向和斜对角方向上开出三个裂缝得到；背面谐振结构由正面谐振结构绕图形中心逆时针旋转90°再翻转180°得到，其几何尺寸与正面谐振结构完全相同。进一步地，介质基板为聚四氟乙烯高频板或FR-4基板。进一步地，介质基板为聚四氟乙烯高频板，其介电常数为2.65，损耗正切角为0.0015。进一步地，极化单元的周期长度为10mm；介质基板的厚度t为1.5mm，正面谐振结构和背面谐振结构的厚度为0.035mm。进一步地，从垂直于介质基板所在平面的方向上看，极化单元在横向及纵向上的重复个数相等，即所形成的周期阵列为正方形阵列。进一步地，重复的极化单元个数不少于20×20＝400个。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术利用简单的图案谐振结构实现较宽的工作频带，可以在Ku波段实现极高转换效率(80％以上)将x极化(y极化)入射波转换为其正交极化的透射波，相较于传统的透射波，本专利技术工作模式更加高效化以及宽带化。2.本专利技术仅由一个单一的简单谐振结构即可实现相对带宽36％工作频带，大大降低了极化单元的制作成本，缩减了极化单元的尺寸面积，其极化单元的边长仅为0.48λ(其中λ为工作频率所对应的波长)，相较于传统的利用多个不同复杂尺寸谐振结构实现极化透射波，本专利技术具有更简单紧凑的结构，更易于集成的优点。3.本专利技术的手性超表面为双层结构，其厚度仅为0.07λ(其中λ为工作频率所对应的波长)，相较于传统的多层结构极化旋转器，本专利技术具有更轻薄的体积，且易于加工制作，利用现已成熟的标准印刷电路板工艺和光刻工艺即可实现。4.本专利技术的工作频带可以通过改变极化单元的结构参数实现频带平移，在工程应用中可以根据实际要求灵活改变。附图说明图1为实施例1和2中基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面的三维结构示意图；图2为实施例1和2中基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面的单元结构侧视图；图3为实施例1和2中基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面的正面谐振结构示意图；图4为实施例1和2中基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面的背面谐振结构示意图；图5为实施例2中基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面的正向(+z)传输仿真曲线；图6为实施例2中基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面的正向(+z)传输仿真曲线的反向(-z)传输仿真曲线；图7为实施例2中基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面的AT系数仿真曲线；图8为实施例2中基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面的总传输仿真曲线；图9为实施例2中基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面的传输转换率PCR。其中，1-1、介质基板；1-2、正面谐振结构；1-3、背面谐振结构。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，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1：参见图1-4，基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面，包括在同一个平面上呈周期性排列形成矩形阵列的多个极化单元，每个极化单元包括介质基板1-1、位于介质基板1-1正面的正面谐振结构1-2以及位于介质基板1-1背面的正面谐振结构1-3；所述介质基板1-1、正面谐振结构1-2和正面谐振结构1-3的中心位于同一垂直线上；正面谐振结构1-2由一个方形环在竖直方向和斜对角方向上开出三个裂缝得到；正面谐振结构1-3由正面谐振结构1-2绕图形中心逆时针旋转90°再翻转180°得到，其几何尺寸与正面谐振结构1-2完全相同。在本实施例中，当电磁波垂直照射到手性超表面的正面时，电磁波中的电场能量通过强烈的电耦合以及磁耦合效应耦合到正面谐振结构1-2中，再由正面谐振结构1-2通过近场耦合效应耦合到正面谐振结构1-3中，并于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面，其特征在于：包括在同一个平面上呈周期性排列形成矩形阵列的多个极化单元，每个极化单元包括介质基板(1-1)、位于介质基板(1-1)正面的正面谐振结构(1-2)以及位于介质基板(1-1)背面的背面谐振结构(1-3)；所述介质基板(1-1)、正面谐振结构(1-2)和背面谐振结构(1-3)的中心位于同一垂直线上；/n所述正面谐振结构(1-2)由一个方形环在竖直方向和斜对角方向上开出三个裂缝得到；/n所述背面谐振结构(1-3)由正面谐振结构(1-2)绕图形中心逆时针旋转90°再翻转180°得到，其几何尺寸与正面谐振结构(1-2)完全相同。/n

【技术特征摘要】
1.基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面，其特征在于：包括在同一个平面上呈周期性排列形成矩形阵列的多个极化单元，每个极化单元包括介质基板(1-1)、位于介质基板(1-1)正面的正面谐振结构(1-2)以及位于介质基板(1-1)背面的背面谐振结构(1-3)；所述介质基板(1-1)、正面谐振结构(1-2)和背面谐振结构(1-3)的中心位于同一垂直线上；
所述正面谐振结构(1-2)由一个方形环在竖直方向和斜对角方向上开出三个裂缝得到；
所述背面谐振结构(1-3)由正面谐振结构(1-2)绕图形中心逆时针旋转90°再翻转180°得到，其几何尺寸与正面谐振结构(1-2)完全相同。


2.根据权利要求1所述的基于多裂缝方环形线性极化非对称性传输的手性超表面，其特征在于：所述介质基板(1-1)为聚四氟乙烯高频板或FR-4基板。


3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正平，龙飞，李绪诚，余世星，寇娜，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52