本發(fā)明涉及基于2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器，屬于電磁通信、微波器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

極化特性研究是研究電磁波的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，極化特性的調(diào)控在光學(xué)儀器，微波通信和天線設(shè)計(jì)等方面都是不可避免的。因而極化轉(zhuǎn)換器作為一種高效的極化調(diào)控器被廣泛應(yīng)用，由于超材料具有負(fù)磁導(dǎo)率、負(fù)介電常數(shù)和零折射率等非常規(guī)的電磁特性，近年來被用于極化轉(zhuǎn)換器的研究和設(shè)計(jì)。基于超材料的極化轉(zhuǎn)換器通常有兩種實(shí)現(xiàn)形式，一種為反射性極化轉(zhuǎn)化器，這種類型的極化轉(zhuǎn)換器通常需要調(diào)節(jié)不同兩個(gè)極化方向上的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，使得其反射電磁波在兩個(gè)極化方向上的電場(chǎng)相位發(fā)生不同的變化，從而達(dá)到特定的極化轉(zhuǎn)換效果；另一種為透射型極化轉(zhuǎn)換器，不僅需要調(diào)節(jié)兩個(gè)極化方向上的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)換效果，而且需要與自由空間匹配，減少反射，增加極化轉(zhuǎn)換率。

從國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，目前對(duì)微波及太赫茲波段的極化轉(zhuǎn)換器的研究大多集中在多頻圓極化轉(zhuǎn)換和寬帶線極化轉(zhuǎn)換的范疇，對(duì)于大角度入射時(shí)的極化轉(zhuǎn)換特性研究甚少，因而這是一個(gè)研究的難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供基于2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器，通過在原有線-圓極化轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上增加金屬過孔，實(shí)現(xiàn)線-圓極化轉(zhuǎn)換器帶寬的增加。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

基于2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器，包括兩個(gè)相同的方形介質(zhì)基板、方形金屬貼片、金屬柱、兩個(gè)相同的缺口圓形金屬貼片；其中，方形金屬貼片的大小與方形介質(zhì)基板的大小相同；缺口圓形金屬貼片由一個(gè)圓形金屬貼片剪去另外兩個(gè)圓形金屬貼片與之重疊的部分構(gòu)成，另外兩個(gè)圓形金屬貼片與之重疊的部分關(guān)于該圓形金屬貼片的中心對(duì)稱，所述圓形金屬貼片的直徑均相等，重疊的部分大小為當(dāng)該圓形金屬貼片的中心與方形介質(zhì)基板的中心重合、另外兩個(gè)圓形金屬貼片的其中一個(gè)的中心與方形介質(zhì)基板的其中一個(gè)頂點(diǎn)重合時(shí)，兩個(gè)圓形金屬貼片的重疊部分；兩個(gè)方形介質(zhì)基板通過方形金屬貼片貼合在一起，且方形金屬貼片位于兩個(gè)方形介質(zhì)基板之間，兩個(gè)方形介質(zhì)基板剩下的兩個(gè)表面分別貼有缺口圓形金屬貼片；每個(gè)方形介質(zhì)基板的中心、方形金屬貼片的中心、每個(gè)缺口圓形金屬貼片的中心均開有直徑相同的通孔，且通孔的直徑等于金屬柱的底面直徑；所有通孔的中心重合，金屬柱穿過所有通孔連接兩個(gè)缺口圓形金屬貼片，兩個(gè)缺口圓形金屬貼片關(guān)于通孔的中心對(duì)稱，金屬柱的高度等于兩個(gè)方形介質(zhì)基板厚度之和，金屬柱的中心與寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器的中心重合。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方形介質(zhì)基板的材質(zhì)為聚四氟乙烯。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述金屬柱的底面半徑為1mm。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方形介質(zhì)基板的邊長(zhǎng)為10mm。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圓形金屬貼片的半徑為4.75mm。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明基于2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，在保證低插損的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了s波段的寬帶高效的線-圓極化轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)大角度入射時(shí)，極化轉(zhuǎn)換特性保持穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明基于2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器的整體圖，其中，(a)為主視圖，(b)為側(cè)視圖。

圖3是x極化波入射下，透射以及反射x極化波和y極化波系數(shù)。

圖4是x極化波入射下，透射x極化波和y極化波的相位差。

圖5是x極化波入射下，透射電磁波的軸比圖。

圖6是x極化波入射下，該結(jié)構(gòu)的插入損耗隨頻率的變化圖。

圖7是x極化波大角度入射下，透射電磁波的軸比隨角度變化的對(duì)比圖。

圖8是x極化波大角度入射下，該結(jié)構(gòu)的插入損耗隨角度變化的對(duì)比圖。

其中，1-缺口圓形金屬貼片，2-缺口圓形金屬貼片，3-方形金屬貼片，4-金屬柱，5-介質(zhì)基板，6-介質(zhì)基板。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明基于2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器由缺口圓形金屬貼片1和2、方形金屬貼片3、聚四氟乙烯介質(zhì)基板5和6、金屬柱4構(gòu)成。緊貼聚四氟乙烯基板6上表面的缺口圓形金屬貼片1、緊貼聚四氟乙烯基板5上表面的缺口圓形金屬貼片2都是在圓形金屬貼片的基礎(chǔ)上剪去兩個(gè)斜45°對(duì)稱的類橢圓形金屬貼片，這種弧形設(shè)計(jì)能部分增加線-圓極化轉(zhuǎn)換器帶寬。

如圖2所示，本發(fā)明基于2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器的整體圖，其中，(a)為主視圖，(b)為側(cè)視圖。利用底面半徑為1mm金屬柱4連接缺口圓形金屬貼片1和2，金屬柱4中心與2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器單元中心重合，高度等于緊密貼合的兩層介質(zhì)基板厚度之和。金屬柱的引入大幅度提高了極化轉(zhuǎn)換器的工作帶寬。

在介質(zhì)基板6的下表面和介質(zhì)基板5上表面有方形金屬貼片3。

缺口圓形金屬貼片的半徑影響寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器的帶寬，并且缺口圓形金屬貼片的直徑約等于寬帶線-圓極化轉(zhuǎn)換器中心頻點(diǎn)四分之一的波長(zhǎng)。

最后作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，介質(zhì)基板材料的選擇也非必須采用f4b，只要相對(duì)介電常數(shù)和厚度滿足諧振要求即可。

如圖3所示，是x極化波入射下，透射以及反射x極化波和y極化波系數(shù)。如圖4所示，是x極化波入射下，透射x極化波和y極化波的相位差。如圖5所示，是x極化波入射下，透射電磁波的軸比圖。如圖6所示，是x極化波入射下，該結(jié)構(gòu)的插入損耗隨頻率的變化圖。如圖7所示，是x極化波大角度入射下，透射電磁波的軸比隨角度變化的對(duì)比圖。如圖8所示，是x極化波大角度入射下，該結(jié)構(gòu)的插入損耗隨角度變化的對(duì)比圖。

以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于2.5維帶通頻率選擇表面的寬帶線?圓極化轉(zhuǎn)換器，主要由緊貼一個(gè)方形介質(zhì)基板上表面和另一個(gè)方形介質(zhì)基板下表面的兩個(gè)缺口圓形金屬貼片，位于兩個(gè)方形介質(zhì)基板中間的方形金屬貼片以及連接兩個(gè)缺口圓形金屬貼片的金屬柱構(gòu)成。本發(fā)明通過在原有線?圓極化轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上增加金屬柱，實(shí)現(xiàn)線?圓極化轉(zhuǎn)換器帶寬的增加。在保證低插損的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了S波段的寬帶高效的線?圓極化轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)大角度入射時(shí)，極化轉(zhuǎn)換特性保持穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：冒晨陽;楊陽;何小祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.30
技術(shù)公布日：2017.10.17