[發明專利]一種微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器及其應用

無效

• 申請號: 201310648572.6
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103715477A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 施宏宇;張安學;徐卓;蔣延生;潘雪含;李瑋
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01P1/165
• 分類號: H01P1/165;H01Q15/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域：

本發明屬于微波技術領域，特別涉及一種90度極化旋轉器。

背景技術：

90度極化旋轉器，具有將入的線極化射波極化方位角旋轉90度的特性，可以被應用于遙感、無線通信等系統中。傳統的微波頻段90度極化旋轉器包括Chen?Huang提出的U形結構性和Yuqian?Ye提出的金屬線結構。前者是在介質表面刻蝕不同大小的U形金屬諧振結構實現雙頻90度極化旋轉器，但是其只能對特定極化角度的線極化波作用；后者在介質表面刻蝕長方形金屬線結構，通過將金屬線按90度旋轉對稱結構排列使得其對不同極化角度的線極化波都有響應，但是這種結構只能在單頻點工作，無法滿足多頻帶系統的需要。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器及其應用，以解決上述技術問題；該微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器性能優良，能夠在微波頻段工作在三個頻點，且對入射線極化波極化角度不敏感。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器，包括介質基板；介質基板的上表面設有上層金屬結構，下表面設有下層金屬結構；上層金屬結構和下層金屬結構均由形狀相同的四個電場耦合諧振結構按90度旋轉對稱形式排列而成；上層金屬結構的電場耦合諧振結構與對應下層金屬結構的電場耦合諧振結構相對扭轉45度。

本發明進一步的改進在于：電場耦合諧振結構包括圓環和對稱設置于圓環內的兩個T形金屬線；T形金屬線包括相互垂直連接的第一金屬線和第二金屬線；兩個T形金屬線對稱設置于圓環內，兩個第一金屬線間隔設置，第二金屬線一端連接第一金屬線，另一端連接圓環。

本發明進一步的改進在于：介質基板的厚度為h，寬度和長度均為h1；圓環的半徑為r，圓環的寬度為w1；第一金屬線的寬度為w2，第一金屬線的長度為w3，第二金屬線的寬度為w4，兩個第一金屬線之間的間隙寬度為g；h：h1：r：w1：w2：w3：w4：g=3.18：14：3：0.4：1.3：3.1：0.1：0.1。

本發明進一步的改進在于：h=3.18mm，h1=14mm，r=3mm，w1=0.4mm，w2=1.3mm，w3=3.1mm，w4=0.1mm，g=0.1mm。

本發明進一步的改進在于：上層金屬結構和下層金屬結構的四個電場耦合諧振結構均按90度旋轉對稱形式排列，構成一種對入線極化射波極化角度不敏感的手性超材料。

本發明進一步的改進在于：上層金屬結構和下層金屬結構上對應的圓環位置重合。

本發明進一步的改進在于：所述介質基板為Taconic?RF-60，其相對介電常數為6.18。

本發明進一步的改進在于：所述微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器在微波頻段的三個頻點9.7GHz、11.53GHz和13.53GHz的交叉極化透射系數均大于0.9，同極化透射系數均小于0.15，極化旋轉角度大于85度，橢圓度小于1度。

一種微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器在制備天線中的應用。

本發明進一步的改進在于：所述的天線為變極化天線。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明采用具有90度旋轉對稱特性的手性超材料結構，不需要多層介質和不同貼片結構，結構簡單，同時，本發明采用電場耦合諧振結構，可以使90度極化旋轉器工作在微波頻段的三個頻點，極大地增加了所涉及器件的實用性。另外，通過將電場耦合諧振結構按90度旋轉對稱形式排列，使所涉及的90度計劃旋轉器具有對入射線極化波極化角度不敏感的特性，實用性更強。本發明的微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器結構簡單、可以工作在多頻段，對入射線極化波極化角度不敏感，具有良好的應用前景。

本發明的微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器可以廣泛的應用于天線設計中以實現變極化天線。

附圖說明

圖1為本發明微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器的上層結構示意圖；

圖2為本發明微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器的下層結構示意圖；

圖3為本發明微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器的電場耦合諧振結構示意圖；

圖4為本發明具體實施方式所述微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器的幅頻特性仿真結果圖；

圖5為本發明具體實施方式所述基于微波頻段三頻極化無關90度極化旋轉器的旋轉方位角和橢圓度仿真結果圖。

其中，1為上層金屬結構；2為下層金屬結構；3為介質基板；4為電場耦合諧振結構。