一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，包括依次设置的底层金属层和中间介质层，中间介质层的表面对称设置有两个U形结构片。本发明专利技术调控器可以在6.92‑14.98GHz的频带范围内可以同时调控线极化波和圆极化波。

【技术实现步骤摘要】
一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器
本专利技术属于超表面极化转化器
，涉及一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器。
技术介绍
极化是电磁波的基本特性之一，可分为线极化，圆极化，椭圆极化三种。其中圆极化可分为左旋圆极化和右旋圆极化。极化状态在天线等领域中有着重要的应用，随着应用场景的多样性，人们希望能自由改变极化状态。然而，传统的极化转化器具有厚度大，体积大，环境适应性差的问题，因此，人们一直在尝试设计出更优异的极化转化器。近年来，超表面由于其轻薄、性能可设计的优异特性被用于极化调控器的设计，各种极化转化器相继被提出，主要包括三种类型：线极化转线极化，线极化转圆极化，圆极化转圆极化，器件的性能也在持续的优化进步中。然而，现有的器件仍然遗留着很多问题。目前，大多数的器件都是单一功能的，要么具有线极化转化功能，要么具有圆极化转化功能，很少有研究将两者结合起来。2018年林宝琴等人对其进行研究，并在《physicalreviewapplied》上发表了一篇名为“Multiple-BandLinear-PolarizationConversionandCircularPolarizationinReflectionModeUsingaSymmetricAnisotropicMetasurface”的文章，公开了一款多功能的极化旋向转化器，该器件能够同时实现线极化以及圆极化的控制。但是该器件工作在多个频点上，连续带宽较窄，使用中会对工作频带有较大的限制。对于器件工作带宽的扩充永无止境，目前研究中使用的方法主要有：(1)增加层数，这种方法能够显著增加器件的带宽。但是缺点也很明显，在增加带宽的同时，也会增加器件的厚度和体积；(2)利用C4结构的超表面来实现，这种方法制造的调控器通常具有较为复杂的结构。(3)在已经发现的结构上增加一些可调的结构，例如挖缝、加金属边框等，通过增加可调节的参数来进一步扩大带宽，但是这种方法需要考虑原有结构，调节的能力也有一定的限度。总而言之，现有的极化波调控器具有功能单一、工作频带窄、器件复杂等缺点，少有器件能够同时解决这些问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，该调控器可以在6.92-14.98GHz的频带范围内可以同时调控线极化波和圆极化波。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，包括依次设置的底层金属层和中间介质层，中间介质层的表面对称设置有两个U形结构片。本专利技术的特点还在于，U形结构片的厚度hu范围为0.025-0.035mm。底层金属层和中间介质层的边长P相同，P的范围为10.5-11.5mm。两个U形结构片分别沿表层金属层的左上角和右下角的对角线位置设置。两个U形结构片之间的距离d范围为0.2-3.2mm。每个U形结构片的长度L的范围为5.2-6.2mm。每个U形结构片的宽度W的范围为2.5-2.6mm。每个U形结构片内部的凹槽宽度n的范围为1.5-1.7mm。每个U形结构片内部的凹槽长度m范围为3-5.5mm。中间介质层hm的厚度范围为3-3.05mm。本专利技术的有益效果是，对于工作频段内的线极化入射波，可以将入射波极化方向旋转90°；对于圆极化入射波，能够在工作频段内保持反射波的圆极化波旋向。该调控器的工作带宽为6.92GHz-14.98GHz，相对带宽达到73.6％，属于超宽带器件(相对带宽大于25％的属于超宽带)。此外，该超表面采用的双U型结构，结构简单，更易于加工制造。附图说明图1本专利技术一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器的结构示意图；图2本专利技术一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器的俯视图；图3线极化波入射时的反射系数图；图4圆极化波入射时的反射系数图；图5线极化波入射下的转换效率图；图6是将本专利技术一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器旋转90°和270°后的模型俯视图。图中，1.底层金属层，2.中间介质层，3.U形结构片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，如图1所示，包括依次设置的底层金属层1和中间介质层2，中间介质层2的表面对称设置有两个U形结构片3。底层金属层1、中间介质层2及两个U形结构片3三层结构的几何中心在同一个轴线上。底层金属层1和U形结构片3材料相同，为铜；中间介质层2选择参数为介电常数εr＝4.4，磁导率μr＝1，损耗角正切值tanδ＝0.025的FR-4材料；U形结构片3选择电导率为5.8×107S/m的铜材料。如图2所示，U形结构片3的厚度hu范围为0.025-0.035mm。优选厚度hu为0.035mm。底层金属层1和中间介质层2的边长P相同，P的范围为10.5-11.5mm。优选P＝10.5mm。两个U形结构片3分别沿中间介质层2表面的左上角和右下角的对角线位置设置。两个U形结构片3之间的距离d范围为0.2-3.2mm。该距离影响高频带处的极化转化性能，距离越大频带越宽，3.2mm和0.2mm相比，带宽增加量大于1GHz。优选d为3.2mm。每个U形结构片3的长度L的范围为5.2-6.2mm，该长度影响低频处的极化转化性能，6.2和5.2相比，带宽增加1.7GHz。优选L为6.2mm。每个U形结构片3的宽度W的范围为2.5-2.6mm。W减小时，工作频带内的交叉极化分量明显增大，极化转化能力减弱，因此W在2.5的基础上只能变大不能变小，但是不能超出中间介质层的边，因此只能在较小的范围内变动，除非其他参数也发生变化。对于W＝2.6时，带宽稍微宽于W＝2.5时。优选宽W为2.5mm。每个U形结构片3内部的凹槽宽度n的范围为1.5-1.7mm。优选n为1.65mm。每个U形结构片3内部的凹槽长度m范围为3-5.5mm。m变化时，工作区间内保持较高极化转化效率，带宽变化较小；优选m为3mm。中间介质层2的厚度hm的范围为3-3.05mm，优选hm＝3.05mm。底层金属层1的厚度h1只需要大于测试频带中最大的趋肤深度即可(不同的频率趋肤深度不同)，以下对本专利技术一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器的性能进行详细的仿真分析：该仿真过程是在优选参数下进行仿真的，具体为：U形结构片3的厚度hu为0.035mm，底层金属层1和中间介质层2的边长P＝10.5mm，两个U形结构片3之间的距离d为3.2mm，U形结构片3的长度L为6.2mm，U形结构片3的宽度W为2.5mm，U形结构片3内部的凹槽宽度n为1.65mm，U形结构片3内部的凹槽长度m为3mm，中间介质层2的厚度hm＝3.05mm。利用CST软件对本极化调控器的反射特性进行仿真分析，设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，其特征在于：包括依次设置的底层金属层和中间介质层，中间介质层的表面对称设置有两个U形结构片。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，其特征在于：包括依次设置的底层金属层和中间介质层，中间介质层的表面对称设置有两个U形结构片。


2.根据权利要求1所述的一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，其特征在于：所述U形结构片的厚度hu范围为0.025-0.035mm。


3.根据权利要求1所述的一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，其特征在于：所述底层金属层和中间介质层的边长P相同，P的范围为10.5-11.5mm。


4.根据权利要求1所述的一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，其特征在于：两个所述U形结构片分别沿表层金属层的左上角和右下角的对角线位置设置。


5.根据权利要求1所述的一种基于U型超表面的多功能超宽带极化旋向调控器，其特征在于：两个所述U形结构片之间的距离d范围为0.2-3....

【专利技术属性】
技术研发人员：王明军，翟治珠，胡晓龙，王文静，吴必园，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61