[实用新型]一种基于超表面的四瓣花型电磁波极化调控器

说明书

本实用新型涉及一种基于超表面的四瓣花型电磁波极化调控器，由多个极化单元在同一平面进行周期性排列而成。每个极化单元有三层，分别是表层金属谐振结构（1）、中间介质层（2）和底层金属反射膜（3）。本实用新型采用四瓣花型超表面，实现了在较宽频率范围内高效地将垂直入射线极化波转换为极化面与入射波极化面垂直的线极化反射波。另外，改变该电磁波极化调控器的相关结构参数，可以实现其工作频段的移动。本实用新型所涉及的四瓣花型电磁波极化调控器，具有结构尺寸小和转换率高的优点，可以广泛应用于通信、传感和雷达等领域。

技术领域

本发明属于电磁波极化调控领域，具体涉及一种基于超表面的四瓣花型电磁波极化调控器。

背景技术

极化是电磁波最重要的特性之一，根据其不同的极化状态，电磁波可以分为线极化波、椭圆极化波以及圆极化波等；电磁波的极化状态反映了电磁波在传播过程中电场的振动方向相对于其传播方向的不对称性；由于电磁波的许多奇异现象均与电磁波的极化状态有关，因此控制电磁波的极化状态是科学研究中的一个重要方向。

超材料作为一种人工组装材料，具有许多自然材料不具备的新奇特性。二维超材料又被称为超表面，它既保留了三维超材料的奇异特性，又克服了三维超材料在制备上所面临的困难。超表面在操控电磁波传播方面表现出了非凡的特性，尤其在微波频段和光频段，基于各向异性或者手性超表面的极化操控研究已经取得了较大的进展。与传统极化调控器相比，基于超表面的极化调控器具有结构简单、设计灵活、尺寸小、重量轻等特点，且其可利用现已非常成熟的标准印制电路板工艺或光刻等工艺加工，因此研究人员设计并制造了各种不同的超表面电磁波极化调控器。

目前已有的很多反射式超表面电磁波极化调控器只能对一个固定频段的线极化电磁波实现高效的极化调控，而对于其他频段的线极化电磁波的调控能力较差，不能实现超表面电磁波极化调控器的结构可调节性。

发明内容

本发明提出一种基于超表面的四瓣花型电磁波极化调控器，可以实现宽带电磁波极化调控，并且具有结构可调节性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于超表面的四瓣花型的电磁波极化调控器，包括在同一平面内周期性排列的多个极化单元。

每个极化单元包括三层结构，分别是表层的金属谐振结构、中间介质层和底层的金属反射膜。所述表层金属谐振结构、中间介质层和底层金属反射膜的中心位于同一条垂直线上。

所述表层金属谐振结构由四个金属同心圆环拼接成一个四瓣花型结构，四个金属同心圆环的圆心在四瓣花型结构的两条相互垂直的对称轴上，表层四瓣花型结构的中心是两条对称轴的交点；在四个金属同心圆环的重叠部分挖去一个长方形空隙，该长方形空隙的中心与四瓣花型结构的中心重合。当所述四瓣花型结构的四个金属同心圆环足够大，使得相交之后的结构中心Ｏ周围没有空隙时，可以直接在金属四个同心圆环的重叠部分挖去一个长方形空隙；当所述四瓣花型结构的四个金属同心圆环相交之后的结构中心Ｏ周围有空隙时，则先用与表层谐振结构相同的金属材料填补空隙，然后在四个金属同心圆环的重叠部分挖去一个长方形空隙；该长方形空隙可以水平摆放，也可以倾斜摆放。

底层金属反射膜的几何尺寸与介质层除了厚度之外完全相同。

进一步，通过调节表层金属谐振结构的结构参数可以有效改变其工作频段的位置。

进一步，所述表层金属谐振结构与底层金属反射膜均由铜箔组成。

进一步，所述介质层采用微波介电材料，所述介电材料包括FR-4玻璃布基板和Taconic系列介电材料；优选Taconic系列介电材料，其介电常数在2～3之间，损耗角正切值在0.0009～0.005之间。

进一步，极化单元在进行周期延拓时，横向和纵向上所重复的单元个数相同，即所形成的周期阵列结构为正方形阵列。