基于2.5维带通频率选择表面的宽带线‑圆极化转换器

摘要

本发明公开了基于2.5维带通频率选择表面的宽带线‑圆极化转换器，主要由紧贴一个方形介质基板上表面和另一个方形介质基板下表面的两个缺口圆形金属贴片，位于两个方形介质基板中间的方形金属贴片以及连接两个缺口圆形金属贴片的金属柱构成。本发明通过在原有线‑圆极化转换器的基础上增加金属柱，实现线‑圆极化转换器带宽的增加。在保证低插损的同时，实现了S波段的宽带高效的线‑圆极化转换功能，同时大角度入射时，极化转换特性保持稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及基于2.5维带通频率选择表面的宽带线-圆极化转换器，属于电磁通信、微波器件技术领域。

背景技术

极化特性研究是研究电磁波的一个重要的环节，极化特性的调控在光学仪器，微波通信和天线设计等方面都是不可避免的。因而极化转换器作为一种高效的极化调控器被广泛应用，由于超材料具有负磁导率、负介电常数和零折射率等非常规的电磁特性，近年来被用于极化转换器的研究和设计。基于超材料的极化转换器通常有两种实现形式，一种为反射性极化转化器，这种类型的极化转换器通常需要调节不同两个极化方向上的介电常数和磁导率，使得其反射电磁波在两个极化方向上的电场相位发生不同的变化，从而达到特定的极化转换效果；另一种为透射型极化转换器，不仅需要调节两个极化方向上的介电常数和磁导率来实现极化转换效果，而且需要与自由空间匹配，减少反射，增加极化转换率。

从国内外的研究现状来看，目前对微波及太赫兹波段的极化转换器的研究大多集中在多频圆极化转换和宽带线极化转换的范畴，对于大角度入射时的极化转换特性研究甚少，因而这是一个研究的难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供基于2.5维带通频率选择表面的宽带线-圆极化转换器，通过在原有线-圆极化转换器的基础上增加金属过孔，实现线-圆极化转换器带宽的增加。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于2.5维带通频率选择表面的宽带线-圆极化转换器，包括两个相同的方形介质基板、方形金属贴片、金属柱、两个相同的缺口圆形金属贴片；其中，方形金属贴片的大小与方形介质基板的大小相同；缺口圆形金属贴片由一个圆形金属贴片剪去另外两个圆形金属贴片与之重叠的部分构成，另外两个圆形金属贴片与之重叠的部分关于该圆形金属贴片的中心对称，所述圆形金属贴片的直径均相等，重叠的部分大小为当该圆形金属贴片的中心与方形介质基板的中心重合、另外两个圆形金属贴片的其中一个的中心与方形介质基板的其中一个顶点重合时，两个圆形金属贴片的重叠部分；两个方形介质基板通过方形金属贴片贴合在一起，且方形金属贴片位于两个方形介质基板之间，两个方形介质基板剩下的两个表面分别贴有缺口圆形金属贴片；每个方形介质基板的中心、方形金属贴片的中心、每个缺口圆形金属贴片的中心均开有直径相同的通孔，且通孔的直径等于金属柱的底面直径；所有通孔的中心重合，金属柱穿过所有通孔连接两个缺口圆形金属贴片，两个缺口圆形金属贴片关于通孔的中心对称，金属柱的高度等于两个方形介质基板厚度之和，金属柱的中心与宽带线-圆极化转换器的中心重合。

作为本发明的一种优选方案，所述方形介质基板的材质为聚四氟乙烯。

作为本发明的一种优选方案，所述金属柱的底面半径为1mm。

作为本发明的一种优选方案，所述方形介质基板的边长为10mm。

作为本发明的一种优选方案，所述圆形金属贴片的半径为4.75mm。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明基于2.5维带通频率选择表面的宽带线-圆极化转换器的设计，在保证低插损的同时，实现了S波段的宽带高效的线-圆极化转换功能，同时大角度入射时，极化转换特性保持稳定。

附图说明

图1是本发明基于2.5维带通频率选择表面的宽带线-圆极化转换器的结构图。

图2是本发明基于2.5维带通频率选择表面的宽带线-圆极化转换器的整体图，其中，(a)为主视图，(b)为侧视图。

图3是X极化波入射下，透射以及反射X极化波和Y极化波系数。

图4是X极化波入射下，透射X极化波和Y极化波的相位差。

图5是X极化波入射下，透射电磁波的轴比图。

图6是X极化波入射下，该结构的插入损耗随频率的变化图。

图7是X极化波大角度入射下，透射电磁波的轴比随角度变化的对比图。

图8是X极化波大角度入射下，该结构的插入损耗随角度变化的对比图。

其中，1-缺口圆形金属贴片，2-缺口圆形金属贴片，3-方形金属贴片，4-金属柱，5-介质基板，6-介质基板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，本发明基于2.5维带通频率选择表面的宽带线-圆极化转换器由缺口圆形金属贴片1和2、方形金属贴片3、聚四氟乙烯介质基板5和6、金属柱4构成。紧贴聚四氟乙烯基板6上表面的缺口圆形金属贴片1、紧贴聚四氟乙烯基板5上表面的缺口圆形金属贴片2都是在圆形金属贴片的基础上剪去两个斜45°对称的类椭圆形金属贴片，这种弧形设计能部分增加线-圆极化转换器带宽。

如图2所示，本发明基于2.5维带通频率选择表面的宽带线-圆极化转换器的整体图，其中，(a)为主视图，(b)为侧视图。利用底面半径为1mm金属柱4连接缺口圆形金属贴片1和2，金属柱4中心与2.5维带通频率选择表面的宽带线-圆极化转换器单元中心重合，高度等于紧密贴合的两层介质基板厚度之和。金属柱的引入大幅度提高了极化转换器的工作带宽。

在介质基板6的下表面和介质基板5上表面有方形金属贴片3。

缺口圆形金属贴片的半径影响宽带线-圆极化转换器的带宽，并且缺口圆形金属贴片的直径约等于宽带线-圆极化转换器中心频点四分之一的波长。

最后作为本领域的技术人员应该知道，介质基板材料的选择也非必须采用F4b，只要相对介电常数和厚度满足谐振要求即可。

如图3所示，是X极化波入射下，透射以及反射X极化波和Y极化波系数。如图4所示，是X极化波入射下，透射X极化波和Y极化波的相位差。如图5所示，是X极化波入射下，透射电磁波的轴比图。如图6所示，是X极化波入射下，该结构的插入损耗随频率的变化图。如图7所示，是X极化波大角度入射下，透射电磁波的轴比随角度变化的对比图。如图8所示，是X极化波大角度入射下，该结构的插入损耗随角度变化的对比图。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。