一种反射型频率选择极化转换超表面制造技术

本发明专利技术公开了一种反射型频率选择极化转换超表面，包括自上而下依次层叠设置的顶层谐振层、中间层和底层微带层，且每层均包括若干个贴片单元；其中，顶层谐振层与中间层之间设有第一介质基板和第一金属底板，中间层与底层微带层之间设有第二金属底板和第二介质基板；顶层谐振层的每个贴片单元均包括一微带贴片天线；底层微带层的每个贴片单元均包括一微带滤波器，微带滤波器与微带贴片天线连接。本发明专利技术通过将“天线

【技术实现步骤摘要】
一种反射型频率选择极化转换超表面


[0001]本专利技术属于雷达抗干扰
，具体涉及一种反射型频率选择极化转换超表面。

技术介绍

[0002]随着无线电技术的迅速发展，通信、雷达、导航等电子信息设备所处的电磁环境日益复杂，要求电磁波在传播过程中实时可控，而极化作为电磁波的一项重要特性，为具有不同用途的无线电和光学系统提供了额外的信息通道，如双极化雷达、极化测量、光纤通信、MIMO通信等；在电子对抗领域，电磁波极化是抗干扰的核心，工作在水平极化波的天线可以用来抑制垂直极化波的干扰。极化转换器是一种可以将入射的线极化电磁波经透射或反射后将其极化方位角旋转一定角度的器件。
[0003]传统的线极化转化器采用由上至下循序变化的网栅堆叠而成，通过调整层间距离消除反射波，从而将其反射损失降至最低，但受其结构限制，此类极化转化器的剖面往往较高，不易与其他射频器件集成使用。此外，传统极化转换器在实际应用中往往需要叠加频率选择表面使用，以滤除交叉极化与共极化的过渡带内极化不纯的杂波，但两种器件的叠加使得空间占用率大且成本高。
[0004]近年来，有很多团队的研究人员已经研究并设计了许多极化旋转超表面，目前对于反射型极化转换器的研究主要集中在宽带、多频段和增强入射角稳定性等方面。例如，2019年，Tao Hong等人提出了一种宽带反射型极化转换表面，其单元由T型和L型组合结构构成，具有斜45
°
对称的特性，实现了在11.5
‑
34.5GHz的宽带范围内极化转换率大于90％。2021年，Babar Kamal等人提出了一种双频极化转换器，该结构由两个不同尺寸的方形开口谐振环组成，两个开口环的嵌套增加了高频处的电谐振，获得了5.4
‑
9.0GHz和14.6
‑
16.1GHz两个通带内大于90％的交叉极化转换。2017年，Xiaobo Liu等人提出了一种双层L型金属图案的多频段极化旋转超表面，在0
‑
30
°
的斜入射角范围内均可以将9.1
‑
16.5GHz和20.0
‑
25.4GHz内的线极化入射波分别转换为左旋或右旋圆极化波，同时将17.4
‑
18.9GHz频段内的线极化波转换为其交叉极化。
[0005]然而，现有对于极化转换器的研究对以下三点关注甚少，一是极化转换器的滤波特性，边频处较低的频率选择性导致了较宽的过渡带；二是入射波极化方位角的任意性问题；三是器件剖面问题，频率选择表面型极化旋转器依赖于一定介质厚度，不利于器件的集成化。因此，如何在降低器件剖面、提高通带选择性的同时实现多极化方位角的交叉极化转换是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种反射型频率选择极化转换超表面，在提高频率选择特性的同时降低了剖面，便于平面集成化和批量化生产，且可对频率选择性进行调控。
[0007]本专利技术的技术思路是设计“天线
‑
滤波
‑
天线”结构形式的极化转换超表面，采用微带贴片天线与微带滤波器结合的平面电路级结构降低剖面，便于平面集成化和批量化生产；通过设计不同极化形式的接收天线和辐射天线完成交叉极化转化；引入金属化过孔连接两收发天线，增加额外的通路，降低天线间的耦合；引入微带滤波结构，有效缩减了过渡带宽，实现了通带的高频率选择性，通过简单改变底层微带谐振环阶数实现对谐振阶数及频率选择性的调控。
[0008]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0009]一种反射型频率选择极化转换超表面，包括自上而下依次层叠设置的顶层谐振层、中间层和底层微带层，且每层均包括若干个贴片单元；其中，所述顶层谐振层与所述中间层之间设有第一介质基板和第一金属底板，所述中间层与所述底层微带层之间设有第二金属底板和第二介质基板；
[0010]所述顶层谐振层的每个贴片单元均包括一微带贴片天线；
[0011]所述底层微带层的每个贴片单元均包括一微带滤波器，所述微带滤波器与所述微带贴片天线连接。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述微带贴片天线包括一结构对称的十字形微带贴片；
[0013]所述十字形微带贴片的两支节中心处设有两个第一金属化过孔，用于连接所述微带贴片天线与所述微带滤波器。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述十字形微带贴片的长度l1的取值范围为0.258λ
t
≤l1≤0.270λ
t
，宽度w1的取值范围为0.081λ
t
≤w1≤0.087λ
t
；
[0015]所述第一金属化过孔的直径d1的取值范围为0.0048λ
t
≤d1≤0.0051λ
t
；
[0016]其中，λ
t
＝c/f
t
，λ
t
是通带中心频率f
t
对应的波长，c为真空中的光速，f
t
是通带中心频率。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述微带滤波器为二阶微带滤波器，其包括一个四分之一波长的第一微带谐振器；
[0018]所述第一微带谐振器包括一个折线形微带开口方环；所述折线形微带开口方环的两端各设有一个第二金属化过孔，且所述第二金属化过孔与所述第一金属化过孔在垂直方向的投影位置重叠。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述折线形开口金属方环的长度l2的取值范围为0.078λ
t
≤l2≤0.080λ
t
，方环线宽w2的取值范围为0.006λ
t
≤w2≤0.007λ
t
，开口处折线长度l3的取值范围为0.014λ
t
≤l3≤0.016λ
t
；
[0020]其中，λ
t
＝c/f
t
，λ
t
是通带中心频率f
t
对应的波长，c为真空中的光速，f
t
是通带中心频率。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述微带滤波器为三阶微带滤波器，其包括一个二分之一波长的第二微带谐振器；
[0022]所述第二微带谐振器包括两个L型微带线、一个弯折形微带开口方环以及两个第三金属化过孔；所述两个L型微带线分别设置于所述弯折形微带开口方环开口的两侧；所述两个第三金属化过孔分别设置在两个L型微带线上远离所述弯折形微带开口方环开口的一端，且所述第三金属化过孔与所述第一金属化过孔在垂直方向的投影位置重叠。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，所述两个L型微带线的长度l7的取值范围为0.037λ
t
≤l7≤0.039λ
t
，弯折形开口金属方环的边长l4的取值范围为0.067λ
t
≤l4≤0.092λ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反射型频率选择极化转换超表面，其特征在于，包括自上而下依次层叠设置的顶层谐振层(1)、中间层(2)和底层微带层(3)，且每层均包括若干个贴片单元；其中，所述顶层谐振层(1)与所述中间层(2)之间设有第一介质基板(4)和第一金属底板(5)，所述中间层(2)与所述底层微带层(3)之间设有第二金属底板(6)和第二介质基板(7)；所述顶层谐振层(1)的每个贴片单元均包括一微带贴片天线(11)；所述底层微带层(3)的每个贴片单元均包括一微带滤波器，所述微带滤波器与所述微带贴片天线(11)连接。2.根据权利要求1所述的反射型频率选择极化转换超表面，其特征在于，所述微带贴片天线(11)包括一结构对称的十字形微带贴片；所述十字形微带贴片的两支节中心处设有两个第一金属化过孔(12)，用于连接所述微带贴片天线(11)与所述微带滤波器。3.根据权利要求2所述的反射型频率选择极化转换超表面，其特征在于，所述十字形微带贴片的长度l1的取值范围为0.258λ
t
≤l1≤0.270λ
t
，宽度w1的取值范围为0.081λ
t
≤w1≤0.087λ
t
；所述第一金属化过孔(12)的直径d1的取值范围为0.0048λ
t
≤d1≤0.0051λ
t
；其中，λ
t
＝c/f
t
，λ
t
是通带中心频率f
t
对应的波长，c为真空中的光速，f
t
是通带中心频率。4.根据权利要求2所述的反射型频率选择极化转换超表面，其特征在于，所述微带滤波器为二阶微带滤波器，其包括一个四分之一波长的第一微带谐振器(31)；所述第一微带谐振器(31)包括一个折线形微带开口方环(311)；所述折线形微带开口方环(311)的两端各设有一个第二金属化过孔(312)，且所述第二金属化过孔(312)与所述第一金属化过孔(12)在垂直方向的投影位置重叠。5.根据权利要求4所述的反射型频率选择极化转换超表面，其特征在于，所述折线形开口金属方环(311)的长度l2的取值范围为0.078λ
t
≤l2≤0.080λ
t
，方环线宽w2的取值范围为0.006λ
t
≤w2≤0.007λ
t
，开口处折线长度l3的取值范围为0.014λ
t
≤l3≤0.016λ
t
；其中，λ
t
＝c/f
t
，λ
t
是通带中心频率f
t
对应的波长，c为真空中的光速，f
t
是通带中心频率。6.根据权利要求2所述的反射型频率选择极化转换超表面，其特征在于，所述微带...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴边，张玎，张俊洁，赵雨桐，苏涛，
申请(专利权)人：西安伊艾姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：