[發明專利]一種超寬帶極化轉換超表面結構

在審

• 申請號: 201911132443.5
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110896171A
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 戴會娟;趙永久;鄧宏偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01Q15/24
• 分類號: H01Q15/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發明公開了一種超寬帶極化轉換超表面結構，包括三角形棋盤和兩種人工電磁表面（AMC）單元；三角形棋盤中按設定周期規律排列其中一種AMC單元；兩種AMC單元始終具有180°的相位差；每種AMC單元均包括外雙V型結構和內雙V型結構；外雙V型結構包括兩種位于v軸上且關于u軸對稱的大V型，其開口相對布設；其中，u軸和v軸均位于AMC單元的兩種對角線上且相互垂直；內雙V型結構位于外雙V型結構中，包括兩種位于u軸上且關于v軸對稱的小V型，其開口相對布設。本發明能在14.3 GHz～43.2 GHz的超寬帶范圍內將線極化波轉換為正交極化波，且在該范圍內其PCR值大于90%。同時，通過三角形棋盤結構排布，能夠實現從16.8 GHz到37.3 GHz的10dB以上超寬帶雷達散射截面（RCS）縮減。

技術領域

本發明涉及人工電磁材料，特別是一種超寬帶極化轉換超表面結構。

背景技術

新型人工電磁材料(metamaterials)是一種具有廣泛可調電磁性能的亞波長周期性排布的人工復合材料/結構。通過超材料人們可以實現從“雙正”到“雙負”的等效介電常數和磁導率調控，進而實現負折射率、逆多普勒效應、完美透射等多種反常效應。近年來，研究者在超材料的機理研究和實際應用等方面取得了長足的進展。

新型人工電磁表面(metamaterials)是由亞波長單元結構組成的二維超薄平面陣列，是新型人工電磁材料近年來的研究熱點。通過調整亞波長單元的結構及排列方式，新型人工電磁表面能夠實現新型人工電磁材料類似的奇異電磁現象，而且還能實現電磁波反射/傳輸相位、極化方式、傳播模式等特性的自由調控。在很多應用中，新型人工電磁表面能夠替代人工電磁材料實現相同的電磁波調控功能，而且相比于新型人工電磁材料，新型人工電磁表面的厚度遠小于工作波長，結構輕便，容易制作，損耗相對更低。

為了拓寬極化轉換超表面(簡稱PCM)的帶寬，人們提出了不同的設計方案，如采用多層結構、和等離子體共振疊加。有些論文雖然所提出的極化轉換器件具有相對較寬的帶寬，但其不可接受的厚度或復雜的結構可能會限制其實際應用。近年來，人們越來越重視實現更寬的帶寬、更高的極化轉換率(PCR)和小型化的PCM。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種超寬帶極化轉換超表面結構，該超寬帶極化轉換超表面結構能在14.3GHz～43.2GHz的超寬帶范圍內將線極化波轉換為正交極化波，其PCR值大于90％。同時，通過排布成特定的三角形棋盤結構，實現了從16.8GHz到37.3GHz的10dB以上的超寬帶RCS縮減。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種超寬帶極化轉換超表面結構，包括三角形棋盤和兩種AMC單元。

三角形棋盤中按設定周期規律排列其中一種AMC單元；兩種AMC單元始終具有180°的相位差。

每種AMC單元均包括外雙V型結構和內雙V型結構；外雙V型結構包括兩種位于v軸上且關于u軸對稱的大V型，兩種大V型的開口相對布設；其中，u軸和v軸為位于AMC單元的兩種對角線上且相互垂直的軸；內雙V型結構位于外雙V型結構中，內雙V型結構包括兩種位于u軸上且關于v軸對稱的小V型，兩種小V型的開口相對布設。

大V型的尖頂夾角α和小V型的尖頂夾角β相等。

α＝β＝48°。

包括N*N個正方形柵格，每個正方形柵格均以中心點為頂點，等分為四個三角形棋盤；四個三角形棋盤中其中一組位置相對的兩種三角形棋盤內布設相同的一種AMC單元，另外一組位置相對的兩種三角形棋盤內布設相同的另一種AMC單元。

通過調整AMC單元的幾何參數尺寸與排布方式，以及介質層厚度，進而調整最終反射波的相位和振幅。

介質層的材料為F4B，介電常數為2.2，損耗正切為0.001。