[发明专利]一种温度电压控制的可重构反射型极化转换器

说明书

本发明涉及一种可重构反射型极化转换器，尤其是涉及一种温度电压控制的可重构反射型极化转换器。包括从下到上依次设置的底层金属反射板、中间介质层和顶层谐振单元层，所述顶层谐振单元层包括多个方块形金属片，多个方块形金属片以M×N的形式周期性排列在所述中间介质层上从而形成周期阵列，相邻所述方块形金属片之间涂覆相变材料；所述相变材料为VO₂纳米粉末分散于PVP基体中得到。本发明实现了温度和电压对转换器工作状态的控制，具有对入射电磁波极化和入射角不敏感的特性，具有强大的可调性、频率灵活性、易于拓展到太赫兹甚至光波段的潜力，制造工艺简单，在天线辐射、雷达散射截面缩减等电磁波动态调控领域具有巨大的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种可重构反射型极化转换器，尤其是涉及一种温度电压控制的可重构反射型极化转换器。

背景技术

随着电子对抗和通信技术的高速发展，对于电磁波调控的需求越来越强烈，而极化状态是电磁波重要的矢量特征，对极化状态的调控在光波领域、微波通信和雷达抗干扰中都有广泛的应用，因此，对于电磁波极化状态的调控技术成为电磁研究领域的一个重要课题。平面波的极化是指电场在电磁波传播平面中的震荡方向。

极化转换器(Metamaterials,MMs)也称为人工材料，具有许多自然界煤质所不具备的奇特性质，可以实现电磁波的灵活调控，是一种介电常数或磁导率至少有一个为负的新型人工复合材料，其一般由周期性结构组成。基于这些奇异特性已经制备了许多特殊功能的器件和材料，如完美吸收器、滤波表面及极化转换表面(Polarization ConversionMetasurface,PCM)等。利用极化转换器进行电磁波的极化调控，主要分为透射型和反射型极化转换器，普遍认为，透射型极化转换器存在损耗大、频带窄等缺点，而反射型则在这两个方面的能力有很大的提升，但工作频带窄仍然是限制其工程应用的主要原因。利用多点谐振拓宽其工作频带是一个研究方向，Xi Gao等人利用双V型金属表面设计了超宽带高效线性极化转换器，徐进等人利用方形开口环设计了超宽带线性极化转换器，二氧化钒是一种典型的强电子关联型金属氧化物，在受到外界刺激如热量、电压或光照等条件时，能够由低温绝缘态(M相)向高温半导体态(R相)发生可逆转变，晶格结构由单斜金红石结构转变为四方金红石结构，电阻率会有3-5个数量级的突变，在新型存储器件、智能电磁防护材料领域、太赫兹技术具有巨大的应用潜力。

由于利用光栅、双色性晶体等传统极化手段，存在结构复杂、尺寸庞大和工作频带窄等缺点，限制他们在实际工程中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度电压控制的可重构反射型极化转换器，实现温度和电压对转换器工作状态的控制，具有对入射电磁波极化和入射角不敏感的特性，具有强大的可调性、频率灵活性、以及易于拓展到太赫兹甚至光波段的潜力，制造工艺简单，在天线辐射、雷达散射截面缩减等电磁波动态调控领域具有巨大的应用价值。

本发明提供一种温度电压控制的可重构反射型极化转换器，包括从下到上依次设置的底层金属反射板、中间介质层和顶层谐振单元层，所述顶层谐振单元层包括多个方块形金属片，多个所述方块形金属片以M×N的形式周期性排列在所述中间介质层上从而形成周期阵列，相邻所述方块形金属片之间涂覆相变材料；所述相变材料为VO₂纳米粉末分散于PVP基体中得到。

本发明通过在顶层谐振单元层相邻所述方块形金属片之间涂覆相变材料，相变材料为VO₂纳米粉末分散于PVP水溶液基体中得到，实现超表面的可重构性。

优选地，所述方块形金属片倾斜45°，也就是方块形金属片的边相对于中间介质层和底层金属反射板而言倾斜45°，所述方块形金属片的四个边均向外延伸形成延伸片，所述延伸片的一端设置接触片，所述接触片的边与所述延伸片的边呈45°，相邻所述接触片之间设有空隙，每个所述方块形金属片上相对的两个空隙内涂覆相变材料。

优选地，所述相变材料的制备方法为：首先制备PVP水溶液，后将VO₂纳米粉末分散于PVP水溶液中，得到所述相变材料。