[发明专利]一种极化不敏感的宽入射角双宽频极化转换器

说明书

本发明公开一种可应用于微波频段的双宽频极化转换器，该双宽频极化转换器在正方形介质基板的上、下表面分别加工上表面金属贴片和下表面金属贴片，上表面金属贴片和下表面金属贴片分别由N×N个上表面金属贴片单元和下表面金属贴片单元组成，上、下表面金属贴片单元分别由大小相同的四组三角形对按特定模式组合而成。本发明公开的双宽频极化转换器可用于以任意方位角入射的线极化波交叉极化，具有入射角宽、转换效率高、双宽频的优势，且同时具备了极化不敏感和宽入射角特性。

技术领域

本发明属于微波传播与转换技术领域，具体涉及一种极化不敏感的宽入射角双宽频极化转换器。

背景技术

超表面是一种二维平面形式的超材料，特定的超表面金属单元结构，可以产生电磁波异常的折射和反射，从而达到调控电磁波的目的。超表面相对于超材料具有更低的空间维度，因此具有更加轻薄，损耗更低的优点，不同结构的超表面结构单元可以灵活操纵电磁波的幅值和相位，并实现对电磁波的吸收、筛选、改变极化方向等功能，在工程和电磁领域具有广阔的应用前景。

电磁波的极化是指电磁波的电场强度矢量随时间变化的规律，线极化电磁波在自由空间传播时，电场强度矢量末端轨迹为直线。当电磁波的极化方向与接收天线的极化方向一致时，传输效率最高，若二者正交，则传输效率几乎为零。电磁波在空间传播过程中会受到电离层等影响而使其极化方向发生变化。因此，人工改变和操纵电磁波的极化方向有利于提升通信质量。传统的极化转换器件有较高的加工工艺要求，且转换效率、带宽等不够理想。超表面技术为极化转换器性能的提升提供了新的方案。如文献“Dual-BandwidthLinear Polarization Converter Based on Anisotropic Metasurface”设计了一种反射型线极化转换器，在9.38-13.36GHz和14.84-20.36GHz两个频段内极化转换效率可以达到98％以上，且转化效率在入射角小于45°时没有明显变化，当入射角超过45°时，高频段的转换效率开始明显下降。文献“Linear-to-Cross-Polarization Transmission ConverterUsing Ultrathin and Smaller Periodicity Metasurface”设计了一种透射型极化转换器，交叉极化透射系数大于0.8的频段为8.6-9GHz,当入射角在30°内变化时，其中心频点处交叉极化透射系数在0.9以上。可见，基于超表面的极化转换器具有较高的转换效率，较宽的频带，且易于加工。

然而，当前报道的基于超表面的透射型极化转换器大多具有极化选择性，且入射角变化范围较小，因此，其应用有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可应用于微波频段的双宽频极化转换器，该转换器可用于以任意方位角入射的线极化波交叉极化，具有入射角宽、转换效率高、双宽频的优势，且同时具备了极化不敏感和宽入射角特性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种极化不敏感的宽入射角双宽频极化转换器，在正方形介质基板的上、下表面分别加工有上表面金属贴片和下表面金属贴片，上表面金属贴片和下表面金属贴片分别由N×N个上表面金属贴片单元和下表面金属贴片单元组成，N为大于等于1的正整数；

上表面金属贴片单元由t1、t2、t3和t4大小相同的四组三角形对组成，t1、t2、t3和t4分布在边长为p的正方形区域内，p＝12mm-23mm；t1、t2、t3和t4分别包括t1a和t1b、t2a和t2b、t3a和t3b以及t4a和t4b两个相同的直角三角形，直角三角形的直角边边长分别为s1和s2，所述s1和s2为2mm-5mm；t1、t2、t3和t4每组三角形对中两个直角三角形的顶点相接、s1边平行且斜边在直线S3i上，其中，i＝1，2，3和4；