[发明专利]一种超表面测试装置、测试方法及PB相位测试方法

说明书

本发明提供了一种超表面测试装置、测试方法及PB相位测试方法，所述测试装置包括：第一同轴波导转换器、第二同轴波导转换器、正交模耦合器、极化器、反射波导、矢量网络分析仪(VNA)，两个同轴波导转换器的同轴端与矢量网络分析仪连接，波导端与正交模耦合器连接；正交模耦合器、极化器、反射波导依次相连；反射波导具有用于反射入射圆极化波的反射面。本发明通过采用测试装置可对极化转换反射波束幅值和相位的收集，实现圆极化转换效率和PB(Pancharatnam‑Berry)相位测试。相对于目前常用的自由空间测试法，提出波导测试系统能有效节约样品加工成本，提升测试工作效率。

技术领域

本发明提出一种超表面测试装置、测试方法及PB相位测试方法，涉及超表面单元结构性能测试领域，特别涉及超表面单元结构极化转换效率、PB相位测试装置和方法。

背景技术

超表面通过特定的单元结构和新奇的物理特性，可在亚波长的尺度上实现对电磁波的约束与调控。同时依靠自身的低损耗、低剖面、易于设计与制作等优点，受到科学界以及工业界的广泛关注。随着超表面的不断发展，单元结构的设计从简单到复杂，所能呈现的功能从单一到多样，这便决定了这些超表面的性能指标要求和评价标准具有多样性和复杂性。对这些超表面的性能做出准确的测量是一项重要的工作。

目前针对于超表面性能的分析，主要集中在对整个超表面即全模测试，这种测试方法可以精确、完整的得到超表面的全部性能，但是全模样品加工成本高，时间长。极化是电磁波重要属性，电磁波的极化调控被广泛应用于通信、探测等方面。通过查阅已发表的文献发现，超表面的极化转换特性的测试是通过远场发射接收方式进行的，对测试系统要求高，测试费用高。因此，对全尺寸超表面的性能测试并不是一种理想的选择，更多的时候需要一种加工和测试成本低、系统简单、效率高的测试方案。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出一种超表面测试装置、测试方法及PB相位测试方法，该测试装置可以较为快速且准确的得到超表面单元结构的极化转换性能。同时还可以通过对旋转角度不同的超表面单元结构的测量，获取其PB相位，以此来获取单元结构的几何相位调控能力。PB(Pancharatnam-Berry)相位是与电磁波的偏振或极化相关的几何相位，即基于亚波长单元结构的PB相位可以更灵活地调控电磁波。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种超表面测试装置，测试装置包括：第一同轴波导转换器、第二同轴波导转换器、正交模耦合器、极化器、反射波导、矢量网络分析仪(VNA)：两个同轴波导转换器的同轴端与矢量网络分析仪连接，波导端与正交模耦合器连接；正交模耦合器、极化器、反射波导依次相连；反射波导具有用于反射入射圆极化波的反射面。

进一步地，测试装置包括能带动被测结构转动的电机。

进一步地，极化器为圆极化器、反射波导为反射方波导，使用方圆过渡波导用于两者的连接。

进一步地，第一同轴波导转换器、第二同轴波导转换器、正交模耦合器、极化器、反射波导间固定连接或可拆卸连接。

进一步地，被测结构可以为单个超表面单元结构或由N×M个超表面单元结构组成的阵列，N与M为正整数。

本发明还提出以下技术方案：

一种基于如上所述的超表面测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1)未装载被测结构时，测得归一化基准反射信号S21-1：第一同轴波导转换器(1)辐射线极化波，通过正交模耦合器(3)的公共端口进入极化器(4)被转换为圆极化波，圆极化波进入反射波导(6)，经过反射波导(6)的反射面反射，被极化转换为正交的圆极化反射波，正交圆极化反射波又通过极化器(4)被转化为正交的线极化波，再由正交模耦合器(3)分离后，最终由第二同轴波导转换器(2)接收反射波，此时在矢量网络分析仪上显示获取的反射波信号，即所述归一化基准反射信号S21-1，并对该信号S21-1的振幅值进行直通校准，校准后该振幅值近似为1；