[发明专利]实现极化转换的超材料和极化器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超材料，尤其涉及一种实现极化转换的超材料和极化器。

背景技术

在雷达、通信、航空航天及遥控遥测等领域，目标的反射特性、电磁波的传播以及信号的接收性能均与波的极化形式有关。因此，极化信息在目标检测、增强、滤波及识别中有着巨大应用潜力。另外，雷达极化对抗是利用天线和电磁波的极化特性进行干扰和抗干扰的技术。由于极化特征有助于对抗干扰波的干扰和对极化隐身目标进行识别，随着现代战争对通信和电子对抗的重视的升级，极化技术作为一项重要的干扰、抗干扰技术也成为了军事科研领域的一个研究热点。

因此，为适应现代信息密集多变的特点，一幅天线仅具有一种极化已不适应现代通信系统的要求。对天线的快速的极化转换的要求日益迫切。极化器或极化转换器正是一种用来实现线极化与圆极化、垂直极化与水平极化等极化形式转换的器件。极化转换主要关注以下几个方面的指标：

1)高性能，即转换后的极化波应具有较高的极化隔离度，接近所需要的极化状态；

2)低损耗，即具有较高的能量转换效率；以及

3)小尺寸，即占用尽可能小的空间。

超材料由介质基板和设置在基板上的人造微结构组成，可以提供各种普通材料不具有的特性。人造微结构在大小1/5到1/10个波长的尺度下，对外加电场和磁场具有电响应和磁响应，从而表现出等效介电常数和等效磁导率。而且，人造微结构的等效介电常数和等效磁导率可通过设计人造微结构的几何尺寸参数来人为地控制。这为实现达成上述目标的极化转换提供了可能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种超材料和极化器，以更低成本和更小尺寸实现更高转换性能和转换效率的极化器。

根据本发明的一方面，提供了一种实现极化转换的超材料，包括：至少一层曲折线结构层，该至少一层曲折线结构层中的每一层包括基板、以及位于该基板上的曲折线结构，该曲折线结构包括至少一条曲折线，每一条曲折线由多条线段构成，该多条线段中的至少两条线段的长度或宽度是不同的。

在一实例中，该超材料包括多层曲折线结构层，毗邻的两层曲折线结构层上的曲折线结构之间的间距小于入射电磁波的四分之一波长。

在一实例中，构成每一条曲折线的该多条线段当中与该曲折线的延伸方向平行的方向上的诸线段具有第一长度和第一宽度，与该曲折线的延伸方向垂直的方向上的诸线段具有第二长度和第二宽度，该第一长度不等于该第二长度并且该第一宽度不等于该第二宽度。

在一实例中，构成每一条曲折线的该多条线段中的任意两条邻接的线段之间以任意角度定位。

在一实例中，每一条曲折线由多条线段以“几”字型连接而成。

在一实例中，该曲折线结构由导电材料制成。

在一实例中，该曲折线结构通过蚀刻、电镀、雕刻、蒸镀、溅射、丝印、钻刻、光刻、电子刻或离子刻工艺附着在该基板上。

在一实例中，该基板的材质为复合材料。该复合材料为热固或者热塑性材料。该复合材料为包括纤维、泡沫和/或蜂窝的一层或者多层结构。

在一实例中，该复合材料含有增强材料，该增强材料为纤维、织物、或者粒子中的至少一种。

在一实例中，该超材料包括多层曲折线结构层，其中每两层该曲折线结构层之间对齐层叠。

在一实例中，该多层曲折线结构层相互之间通过热压工艺层叠在一起。

根据本发明的一方面，还提供了一种由上述超材料构成的极化器。

上述方案中的极化器用于飞行器、机动车或船的天线上。

相比于传统超材料构成的极化器，通过本发明的超材料构成的极化器具有较低的剖面尺寸，同时能够实现更高的极化转换效率和性能。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1是示出了现有技术的实现极化转换的超材料的立体图。

图2是示出了根据本发明的一方面的超材料的一层曲折线结构层的俯视图。

图3是示出了根据本发明的一方面的超材料的立体图。

图4是示出了根据本发明的一方面的曲折线的示意图。

图5是示出了根据本发明的一方面的曲折线的示意图。

图6是示出了根据本发明的超材料的透波性能仿真结果的示意图。

图7是示出了根据本发明的超材料的轴比仿真结果的示意图。