[發(fā)明專利]基于人工電磁材料的極化轉(zhuǎn)換方法及極化轉(zhuǎn)換器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810244024.6
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN101431171A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔鐵軍;秦瑤;陸明之
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01P1/165
• 分類號: H01P1/165
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于人工電磁材料實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換的方法，以及一種利基于人工電磁材料實(shí)現(xiàn)的極化轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

電磁波與光的極化狀態(tài)在液晶顯示、射頻天線及各種輻射器件、衛(wèi)星天線與光學(xué)器件等方面有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的極化轉(zhuǎn)換方法和器件通常限制一種極化波透射，將不需要的極化波反射；或者將波分為兩束具有不同極化狀態(tài)的波束，因此一種極化波只能攜帶不到一半的能量，并且工藝要求和成本高。此外，利用截面漸變的波導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)圓極化波與線極化波之間的轉(zhuǎn)換。用來實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換。前者具有較大的能量損耗，后者能量損耗小但所要得到極化隔離度好的出射波對加工精度要求相當(dāng)高，實(shí)現(xiàn)難度較大。

在各種天線及微波與光學(xué)的儀器設(shè)備中，經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)不同極化狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，以獲得某種單極化波或雙極化波。極化轉(zhuǎn)換主要關(guān)注以下幾個方面的指標(biāo)：

1)高性能。轉(zhuǎn)換后的極化波應(yīng)具有較高的極化隔離度，接近所需要的極化狀態(tài)。

2)低損耗。具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

3)尺寸小。不占用過多空間。

此外，極化轉(zhuǎn)換方法應(yīng)易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)計不應(yīng)太復(fù)雜，器件成本不應(yīng)過高。

人工電磁材料以亞波長的諧振或者非諧振周期性人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，可以提供各種普通材料具有和不具有的材料特性。對應(yīng)于工作頻率或頻段，結(jié)構(gòu)單元大小一般為1/10～1/5個波長，在微波段由介質(zhì)基板和基板上的金屬圖案構(gòu)成。人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元對外加電場和/或磁場具有電響應(yīng)和/或磁響應(yīng)，從而具有表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和/或等效磁導(dǎo)率，或者等效折射率和波阻抗。人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率(或等效折射率和波阻抗)由單元幾何尺寸參數(shù)決定，可人為設(shè)計和控制。人工電磁材料可以具有人為設(shè)計的各向異性的媒質(zhì)參數(shù)，從而產(chǎn)生許多新奇的現(xiàn)象，為實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換提供了可能。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種成本低、效率高、功能多樣、便于設(shè)計和控制的基于人工電磁材料的極化轉(zhuǎn)換方法及極化轉(zhuǎn)換器。

技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的一種基于人工電磁材料的極化轉(zhuǎn)換方法是：

通過設(shè)計人工電磁材料的結(jié)構(gòu)，控制電磁波在構(gòu)成極化轉(zhuǎn)換器的人工電磁材料中傳播，使其在垂直于波傳播方向的平面里，不同方向的電場的透射系數(shù)的關(guān)系，達(dá)到從一種入射波極化狀態(tài)到另一種出射波極化狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，所滿足的透射系數(shù)關(guān)系是：若定義電磁波傳播的方向?yàn)槿S直角坐標(biāo)系的x軸，將電場E分解為相互垂直的兩個電場分量E_y和E_z，使E‾=y^Ey+z^Ez,]]>這兩個方向的電場通過構(gòu)成極化轉(zhuǎn)換器的材料的透射系數(shù)T^y和T^z滿足：

1)對于將任意極化狀態(tài)的入射波轉(zhuǎn)換為線極化出射波的情況，

|T^y|/|T^z|＝p|E_z|/|E_y|

ang(T^y)-ang(T^z)＝±nπ-[ang(E_y)-ang(E_z)]

其中n＝0，1，2，…，p為出射波線極化方向與z軸夾角θ的正切值，0≤p≤1，ang(T^y)和ang(T^z)表示T^y和T^z的相對相位，ang(E_y)和ang(E_z)表示E_y和E_z的相對相位；

2)對于將任意極化狀態(tài)的入射波轉(zhuǎn)換為橢圓極化出射波的情況，該情況下定義y軸和z軸使橢圓為極化橢圓為正橢圓，

|T^y|/|T^z|＝p|E_z|/|E_y|