[发明专利]一种超宽带极化转换超表面结构

说明书

本发明公开了一种超宽带极化转换超表面结构，包括三角形棋盘和两种人工电磁表面（AMC）单元；三角形棋盘中按设定周期规律排列其中一种AMC单元；两种AMC单元始终具有180°的相位差；每种AMC单元均包括外双V型结构和内双V型结构；外双V型结构包括两种位于v轴上且关于u轴对称的大V型，其开口相对布设；其中，u轴和v轴均位于AMC单元的两种对角线上且相互垂直；内双V型结构位于外双V型结构中，包括两种位于u轴上且关于v轴对称的小V型，其开口相对布设。本发明能在14.3 GHz～43.2 GHz的超宽带范围内将线极化波转换为正交极化波，且在该范围内其PCR值大于90%。同时，通过三角形棋盘结构排布，能够实现从16.8 GHz到37.3 GHz的10dB以上超宽带雷达散射截面（RCS）缩减。

技术领域

本发明涉及人工电磁材料，特别是一种超宽带极化转换超表面结构。

背景技术

新型人工电磁材料(metamaterials)是一种具有广泛可调电磁性能的亚波长周期性排布的人工复合材料/结构。通过超材料人们可以实现从“双正”到“双负”的等效介电常数和磁导率调控，进而实现负折射率、逆多普勒效应、完美透射等多种反常效应。近年来，研究者在超材料的机理研究和实际应用等方面取得了长足的进展。

新型人工电磁表面(metamaterials)是由亚波长单元结构组成的二维超薄平面阵列，是新型人工电磁材料近年来的研究热点。通过调整亚波长单元的结构及排列方式，新型人工电磁表面能够实现新型人工电磁材料类似的奇异电磁现象，而且还能实现电磁波反射/传输相位、极化方式、传播模式等特性的自由调控。在很多应用中，新型人工电磁表面能够替代人工电磁材料实现相同的电磁波调控功能，而且相比于新型人工电磁材料，新型人工电磁表面的厚度远小于工作波长，结构轻便，容易制作，损耗相对更低。

为了拓宽极化转换超表面(简称PCM)的带宽，人们提出了不同的设计方案，如采用多层结构、和等离子体共振叠加。有些论文虽然所提出的极化转换器件具有相对较宽的带宽，但其不可接受的厚度或复杂的结构可能会限制其实际应用。近年来，人们越来越重视实现更宽的带宽、更高的极化转换率(PCR)和小型化的PCM。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种超宽带极化转换超表面结构，该超宽带极化转换超表面结构能在14.3GHz～43.2GHz的超宽带范围内将线极化波转换为正交极化波，其PCR值大于90％。同时，通过排布成特定的三角形棋盘结构，实现了从16.8GHz到37.3GHz的10dB以上的超宽带RCS缩减。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种超宽带极化转换超表面结构，包括三角形棋盘和两种AMC单元。

三角形棋盘中按设定周期规律排列其中一种AMC单元；两种AMC单元始终具有180°的相位差。

每种AMC单元均包括外双V型结构和内双V型结构；外双V型结构包括两种位于v轴上且关于u轴对称的大V型，两种大V型的开口相对布设；其中，u轴和v轴为位于AMC单元的两种对角线上且相互垂直的轴；内双V型结构位于外双V型结构中，内双V型结构包括两种位于u轴上且关于v轴对称的小V型，两种小V型的开口相对布设。

大V型的尖顶夹角α和小V型的尖顶夹角β相等。

α＝β＝48°。

包括N*N个正方形栅格，每个正方形栅格均以中心点为顶点，等分为四个三角形棋盘；四个三角形棋盘中其中一组位置相对的两种三角形棋盘内布设相同的一种AMC单元，另外一组位置相对的两种三角形棋盘内布设相同的另一种AMC单元。

通过调整AMC单元的几何参数尺寸与排布方式，以及介质层厚度，进而调整最终反射波的相位和振幅。

介质层的材料为F4B，介电常数为2.2，损耗正切为0.001。