[發(fā)明專利]一種透射型極化轉換超表面

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710600208.0
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107565224B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 張福恒;楊國敏;金亞秋
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01Q15/24
• 分類號: H01Q15/24
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于微波頻段電磁波調控技術領域，具體為一種透射型極化轉換超表面。該極化超表面單元包含三層金屬貼片，每兩層金屬貼片間為介質基板，頂層和底層金屬貼片結構相同。本發(fā)明通過合理的設計頂層、中間層和底層金屬貼片的結構尺寸，使得入射的線極化電磁波在經(jīng)過該超表面結構后繼續(xù)傳播，透射的電磁波在水平方向和垂直方向滿足電場幅度相等，相位相差90度的條件，從而使得透射的電磁波呈圓極化特性。本發(fā)明設計的透射型圓極化超表面具有寬帶、超薄、結構簡單、低成本等優(yōu)勢，可靈活的控制電磁波的極化狀態(tài)，在天線、成像、通訊系統(tǒng)、電磁對抗和軍事隱身等領域有廣泛的應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于微波頻段電磁波調控技術領域，具體涉及一種新型透射型極化轉換超表面。

背景技術

極化是表征電磁波的重要特征，根據(jù)電磁波傳播過程中電場矢量的軌跡來區(qū)分，當電磁波沿著波矢k方向向前傳播時，隨著時間的變化，若電場矢量末端的軌跡為直線、圓和橢圓時，電磁波對應的極化狀態(tài)分別為線極化、圓極化和橢圓極化。一般來說一種極化的電磁波只能被輻射同種極化的電子設備接收（如水平線極化發(fā)射，水平線極化接收；左旋圓極化發(fā)射左旋圓極化接收），否則會造成信號的損失和干擾。

現(xiàn)代雷達和無線通信系統(tǒng)中，緊靠線極化天線已經(jīng)很難滿足要求，高增益圓極化天線由于具有抗雨霧干擾、抗多徑效應等特性受到越來越多的重視。同時極化轉換作為重要的干擾、抗干擾技術在雷達目標識別和電磁對抗等領域也發(fā)揮了重大作用。

傳統(tǒng)的透射型極化轉換器大多利用不同的介質厚度產(chǎn)生特定頻率下的特定相位差需求，存在體積過大的缺點，其他利用超表面設計的圓極化器件存在帶寬較窄、結構復雜、層數(shù)過多等不足。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足和缺陷，提供一種新型的透射型極化轉換超表面，具有寬帶、超薄的特性，整體結構簡單、輕質、易加工。

本發(fā)明提供的新型透射型極化轉換超表面，其結構如圖1、圖2、圖3所示，由若干個結構相同的單元周期性排列組成，每個單元均由三層金屬貼片和兩層介質基板組成；所述的超表面單元頂層1和底層金屬貼片3結構相同，中間層金屬貼片2由刻蝕了一字形縫隙的矩形環(huán)2-1、矩形邊框2-2和耶路撒冷十字組成2-3，每兩層金屬貼片間為一層介質基板。

當空氣中的線極化電磁波入射到所述轉換超表面的一側表面上時,極化轉換的每個單元都產(chǎn)生諧振，使得透射的電磁波在水平方向和垂直方向上幅度相等，相位相差90度，并從另一側表面輻射出去，從而完成線極化到圓極化的轉換。

本發(fā)明中，所述的超表面單元的頂層金屬貼片1還可刻蝕十字形縫隙，該十字形縫隙在水平方向和垂直方向的長度相同，寬度不同，頂層金屬貼片1和底層金屬貼片3結構相同；

本發(fā)明中，所述的中間層金屬貼片2的矩形環(huán)2-1共刻蝕四條一字形縫隙，分別沿水平方向和垂直方向，每條一字形縫隙和矩形環(huán)2-1內壁的距離相等，四條縫隙寬度相等，沿同一方向刻蝕的縫隙長度相等。

本發(fā)明中，所述的耶路撒冷十字2-3的中心和矩形環(huán)2-1的中心重疊，所述的耶路撒冷十字2-3由兩個正交的“I”形金屬臂組成，“I”形金屬臂包含中部垂直金屬線和兩端水平金屬線（或中部水平金屬線和兩端垂直金屬線）， 兩條“I”形金屬的各個部分寬度相等。

本發(fā)明中，所述的垂直“I”形金屬臂中部垂直金屬線和水平“I”形金屬臂中部水平金屬線長度不同，所述的垂直“I”形金屬臂兩端水平金屬線和水平“I”形金屬臂兩端垂直金屬線長度不同。

本發(fā)明中，所述的垂直“I”形金屬臂兩端水平金屬線和水平“I”形金屬臂兩端垂直金屬線到矩形環(huán)2-1內壁的距離相等。

本發(fā)明中，所述的矩形邊框2-2為不連續(xù)結構，邊框的四條邊的中心位置均開有槽，其中水平方向的槽和垂直方向的槽長度不同。所述的矩形邊框寬度和耶路撒冷十字寬度相等，邊框位于矩形環(huán)的內部，邊框的四條邊到矩形環(huán)內壁的距離相等。