[实用新型]一种基于固态等离子体表面的多功能极化转换器

说明书

本实用新型公开了一种基于固态等离子体表面的多功能极化转换器，该极化转换器自上而下包括顶层的固态等离子体谐振结构，置于中间的介质层和底层的金属反射板。其中，固态等离子体具有可调谐的特性，当固态等离子体构成的谐振单元未激励时，即为未激励状态，表现出介质特性；固态等离子体构成的谐振单元在激励时，即为激励状态，表现为金属特性。本实用新型通过编程控制表面固态等离子体谐振结构的激励状态，从而实现功能的转换(交叉极化转换和线—圆极化转换)和频带可调谐的目的。本实用新型具有设计灵活，实用性强，可调谐性强及功能性强等特点。

技术领域

本实用新型涉及一种多功能极化转换器，具体的说是一种基于固态等离子体表面的多功能极化转换器，属于固态等离子实用技术和微波器件技术领域。

背景技术

人工电磁表面，也称作超材料，通常是指一种周期排列的亚波长结构，它具有天然材料所不具备的物理特性。目前研究方向主要包括频率选择表面、吸波体、高阻抗表面、表面等离激元、人工磁导体、极化转换超表面等。近年来，宽带线极化－线极化转换超表面被大量报道，宽带线极化—圆极化转换超表面相对较少。

等离子体作为一种独立的物质形态普遍存在于宇宙空间中是物质形态变化过程中的固态、液态和气态之后的第四种形态(或称等离子态)。我们可以通过改变等离子体浓度、碰撞频率甚至可以通过有选择的等离子体区来实现极化转换器的多功能调谐，即实现极化转换器的“一器多用”。

固态等离子体由PIN单元组成的阵列实现，通过其两端加载的可编程逻辑阵列来控制激励PIN单元阵列，以便得到固态等离子体。固态等离子体构成的谐振单元未激励时，即为未激励状态，表现出介质特性；固态等离子体构成的谐振单元在激励时，即为激励状态，表现为金属特性。

极化调制超表面凭借其超薄厚度和低损耗等优良特性，引发了国内外学者的广泛关注。极化调制是由电磁波入射时在超表面单元结构的两个正交方向的不同相移来实现的。Ma等人采用正交I形单元设计出了超薄宽带超表面，能够实现线极化旋转和线-圆极化转换；该课题组还采用双V形单元设计了实现超宽带高效线极化旋转功能的超表面。Li等设计了双层透射型线圆极化转换超表面,能够实现超宽带和高效工作；同时，文献采用双圆弧形单元实现了线极化旋转的宽带 PGM的奇异反射。

可以看出，目前报道的大多数极化调制超表面只具备单一的极化调制功能，所以本实用新型将结合固态等离子体可调谐性的优点，设计一款既可实现交叉极化转换和线—圆极化转换之间功能的转换，又可实现在交叉极化转换状态下的频带可调谐的基于固态等离子体表面的多功能极化转换器。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，而提供一种基于固态等离子体表面的多功能极化转换器，通过编程控制表面固态等离子体谐振结构的激励状态，从而实现交叉极化转换和线—圆极化转换之间功能的转换和频带可调谐的目的，且通过合理的参数优化可以使得线—圆极化转换的频带达到6.121-9.5GHz，交叉极化转换的总频带达到4.62-10.34GHz。其中，在交叉极化转换时，可实现工作频带在4.62-8.34GHz和7.92-10.34GHz之间的转移，以达到频带可调谐的目的。

本实用新型为解决上述问题采用以下技术方案：

根据本实用新型提出的一种基于固态等离子体表面的多功能极化转换器，所述的极化转换器自上而下包括顶层固态等离子体构成的谐振单元，中间的介质层和底层金属反射板，可以实现交叉极化转换和线—圆极化转换之间功能的转换和在交叉极化转换状态下的频带可调谐的目的。