一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面，属于电磁材料技术领域，由多个极化转化超表面单元周期性排列组成，通过天线(接收)

【技术实现步骤摘要】
一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面


[0001]本技术属于电磁材料
，涉及一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面。

技术介绍

[0002]极化是指天线最大辐射方向上空间某一固定位置上的电场矢量的末端随时间变化所描绘的轨迹。在某些复杂的通信系统中，为了节省成本和降低设计难度，需要在不改变原系统的情况下改变电磁波的极化。且极化调控的装置在RCS缩减、雷达成像、保密通信等上有着很广泛的应用。
[0003]极化转化超表面是一种能够调控电磁波极化状态的二维周期人工电磁超表面，电磁超表面可在亚波长级别内对电磁波的幅度和相位进行调控。常见的极化转化超表面从传输特性上分为传输型和透射型，从极化转化特性上分为线极化
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线极化之间的极化转化，线极化
‑
圆极化之间的极化转化，圆极化
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圆极化之间的极化转化。如在短波通信和调频广播中，线极化之间的极化转化尤为重要，因为在这些系统中的天线通常是垂直极化波，因此我们需要将空间中的电磁波转化为垂直极化波的高性能极化转化表面。在现有的技术中，基于频率选择表面的大多极化转化超表面的频率选择性不高，在通带边缘没有陡峭的滤波响应，造成系统在通带边缘处性能恶化，对系统的抗干扰性和电磁兼容特性有很大的影响，使其在目前通信系统的应用受到很大的限制。
[0004]提高频率选择性传统的方法有使用多阶级联的方法，该方法使用容性贴片和感性金属栅代表谐振回路中的电容电感，通过多层结构从而实现多层滤波的效果，与多阶滤波器原理相同；但是该方法为了实现更陡峭的边沿滚降，具有的多层结构意味着更高的剖面高度和复杂的结构，应用存在一些限制；提高频率选择性传统的另一种方法，采用一种很薄的线极化的交叉极化转化器，但该极化转换器频率选择性很低，在低频处和高频处的频率选择性分别为4dB/GHz、11dB/GHz，在通带边缘处频率选择性不高。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面，用于解决现有技术中的极化转化超表面的频率选择性不高的问题。
[0006]为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本技术公开了一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面，包括若干个极化转化超表面单元，所述极化转化超表面单元之间按照矩形阵列周期性排列；所述极化转化超表面单元包括上层贴片天线、第一介质板、第一金属接地层、第二介质板、第二金属接地层、第三介质板、下层贴片天线、谐振单元带状线；
[0008]在空间建立X
‑
Y
‑
Z三维坐标，设Z轴正极到Z轴负极的方向为从上到下；极化转化超表面单元在X
‑
Y
‑
Z三维坐标中，所述上层贴片天线贴附在第一介质板上，所述第一介质板贴附在第一金属接地层上，所述第一金属接地层贴附在第二介质板上，所述第二介质板贴附
在第二金属接地层上，所述第二金属接地层贴附在第三介质板上，所述第三介质板贴附在下层贴片天线上；所述谐振单元带状线位于第二介质板的内部；所述第一介质板、第一金属接地层、第二介质板、第二金属接地层、第三介质板设置有上下贯通的金属通孔，所述谐振单元带状线通过金属通孔分别与上层贴片天线、下层贴片天线连接；
[0009]所述上层贴片天线与Y轴平行，所述下层贴片天线与X轴平行。
[0010]进一步地，所述矩形阵列的长边包含的极化转化超表面单元的个数为M，所述矩形阵列的短边包含的极化转化超表面单元的个数为N，所述M≥2，N≥2。
[0011]进一步地，所述上层贴片天线和下层贴片天线的形状为长方形；所述上层贴片天线长方形的长边与Y轴平行；所述下层贴片天线长方形的长边与X轴平行。
[0012]进一步地，所述第一金属接地层、第二金属接地层上还刻蚀有孔洞，所述孔洞的直径大于金属通孔的直径。
[0013]进一步地，所述谐振单元带状线包括二阶谐振单元带状线或三阶谐振单元带状线；所述二阶谐振单元带状线或三阶谐振单元带状线均关于X
‑
Y轴的45
°
平分线对称。
[0014]进一步地，所述二阶谐振单元带状线包括L形带状线、第一连接端带状线和第二连接端带状线；所述第一连接端带状线的一端和L形带状线的一端垂直连接，所述第二连接端带状线的一端和L形带状线的另一端垂直连接。
[0015]进一步地，所述三阶谐振单元带状线包括第一L形带状线、两个第二L形带状线，两个第三L形连接端带状线；所述两个第二L形带状线分别与第一L形带状线的两端垂直连接；所述两个第三L形连接端带状线的一边分别与两个第二L形带状线没有与第一L形带状线连接的一边平行且存在间隙。
[0016]进一步地，所述金属通孔包括第一金属通孔和第二金属通孔；所述第一金属通孔和第二金属通孔在Z轴方向上上下贯通上层贴片天线、第一介质板、第一金属接地层、第二介质板、第二金属接地层、第三介质板、下层贴片天线和谐振单元带状线。
[0017]进一步地，当谐振单元带状线为二阶谐振单元带状线时，所述第一连接端带状线的另一端通过第一金属通孔和上层贴片天线连接，所述第二连接端带状线的另一端通过第二金属通孔和下层贴片天线连接。
[0018]进一步地，当谐振单元带状线为三阶谐振单元带状线时，所述两个第三L形连接端带状线的另一边的两个端点分别通过第一金属通孔和第二金属通孔与上层贴片天线和下层贴片天线连接。
[0019]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0020]本技术公开了一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面，由多个极化转化超表面单元周期性排列组成，通过天线(接收)
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带状线(滤波)
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天线(发射)的结构，实现了陡峭的滤波响应，所述极化转化超表面单元表面的上层贴片天线沿Y轴放置，接收Y极化电磁波，下层贴片天线沿X轴放置，可发射X极化电磁波，能实现Y轴线极化入射电磁波的正交极化转化；利用中间的谐振单元带状线实现很高的频率选择性，使得极化转化超表面在通带边缘有很陡峭的频率响应，在提高系统的电磁兼容性和抗干扰性方面具有非常高的应用价值。
[0021]进一步地，谐振单元带状线包括二阶谐振单元带状线或三阶谐振单元带状线，在进行交叉极化转化时具有很高的频率选择特性。
[0022]进一步地，在第一金属接地层、第二金属接地层上还刻蚀有孔洞，可以有效防止金属通孔短路，保证正常运行。
附图说明
[0023]图1为本技术实施例1的二阶谐振单元立体透视结构示意图；
[0024]图2为本技术实施例1的上层贴片天线的俯视结构示意图；
[0025]图3为本技术实施例1的第一金属接地层的结构示意图；
[0026]图4为本技术实施例1的谐振单元带状线的俯视结构示意图；
[0027]图5为本技术实施例1的下层贴片天线俯视结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面，其特征在于，包括若干个极化转化超表面单元，所述极化转化超表面单元之间按照矩形阵列周期性排列；所述极化转化超表面单元包括上层贴片天线(6)、第一介质板(1)、第一金属接地层(4)、第二介质板(2)、第二金属接地层(5)、第三介质板(3)、下层贴片天线(8)、谐振单元带状线；在空间建立X
‑
Y
‑
Z三维坐标，设Z轴正极到Z轴负极的方向为从上到下；极化转化超表面单元在X
‑
Y
‑
Z三维坐标中，所述上层贴片天线(6)贴附在第一介质板(1)上，所述第一介质板(1)贴附在第一金属接地层(4)上，所述第一金属接地层(4)贴附在第二介质板(2)上，所述第二介质板(2)贴附在第二金属接地层(5)上，所述第二金属接地层(5)贴附在第三介质板(3)上，所述第三介质板(3)贴附在下层贴片天线(8)上；所述谐振单元带状线位于第二介质板(2)的内部；所述第一介质板(1)、第一金属接地层(4)、第二介质板(2)、第二金属接地层(5)、第三介质板(3)设置有上下贯通的金属通孔，所述谐振单元带状线通过金属通孔分别与上层贴片天线(6)、下层贴片天线(8)连接；所述上层贴片天线(6)与Y轴平行，所述下层贴片天线(8)与X轴平行。2.根据权利要求1所述的一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面，其特征在于，所述矩形阵列的长边包含的极化转化超表面单元的个数为M，所述矩形阵列的短边包含的极化转化超表面单元的个数为N，所述M≥2，N≥2。3.根据权利要求1所述的一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面，其特征在于，所述上层贴片天线(6)和下层贴片天线(8)的形状为长方形；所述上层贴片天线(6)长方形的长边与Y轴平行；所述下层贴片天线(8)长方形的长边与X轴平行。4.根据权利要求1所述的一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面，其特征在于，所述第一金属接地层(4)、第二金属接地层(5)上还刻蚀有孔洞，所述孔洞的直径大于金属通孔的直径。5.根据权利要求1所述的一种具有多阶滤波响应的极化转化超表面，其特征在于，所述谐振单元带状线包括二阶谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：付玺玺，林磊，赵雨桐，陈建忠，程英鑫，李锦波，吴其堂，
申请(专利权)人：福建华海传音科技有限公司，
类型：新型
国别省市：