[发明专利]一种基于手性超表面的超宽带非对称传输极化转换器

说明书

本发明提出了一种基于手性超表面的超宽带非对称传输极化转换器。该超表面由一系列周期性排列的单元结构组成，单元包含5层金属层和4层介质基板。本发明的工作过程如下：极化方向垂直于超表面槽线方向的入射电磁波透过超表面以较高的效率转化为交叉极化的电磁波，同时反向入射的相同极化电磁波将被反射，从而实现了非对称传输。与其他的极化转换器相比，本发明具有宽频带、高效率、大角度的优点，并且能够实现非对称传输，在雷达和卫星通信，极化转换等领域有很大的应用前景。

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料领域，尤其涉及一种基于手性超表面的超宽带非对称传输极化转换器。

背景技术

极化状态是电磁波最重要的特性之一，长久以来，对于极化的调控一直是电磁波领域研究的重点。电磁超材料是一种人工设计并表现出超凡电磁特性的新型材料，超材料一经提出便因其强大的电磁波调控能力和较小的空间需求而备受关注，特别是二维尺度上的超材料即超表面的出现为电磁波的极化调控提供了更高效的技术手段。然而大多数极化转换超表面的性能受到频带窄和效率低的限制，往往因对称性的结构而不能应用于需要不对称传输的场景。为此，如何同时实现宽频带、大角度和高效率的非对称传输成为了该领域一个亟待解决的重要问题。

发明内容

技术问题：为解决当前极化转换器带宽窄、效率低、斜入射性能差和不能满足非对称传输要求等普遍存在的问题，本发明提供一种基于手性超表面的超宽带非对称传输极化转换器,能够在较宽频带内实现高效率、大角度的非对称传输。

技术方案：本发明提供一种基于手性超表面的超宽带非对称传输极化转换器，由二维空间上周期性排列的超表面单元组成，所述超表面单元包含三层金属结构，相邻金属结构之间设置介质基板；上层和下层金属结构为具有相同宽度的带隙结构，但方向相互垂直；中间层是旋转角度介于上层和下层之间的金属带隙结构，作为过渡结构。

进一步的，中间层金属结构为倾斜45°角的带隙结构，且正中有圆形切割。

进一步的，所述超表面单元包括5层金属和4层介质基板，即上层和中间层金属结构之间、中间层和下层金属结构之间分别设置第2层金属结构和第4层金属结构；第2层和第4层的金属结构的旋转角度相差45°。

进一步的，第2层和第4层的金属结构为分别与上层和下层金属带隙方向呈67.5°角的短带线。

进一步的，所述金属结构为厚度0.035mm的铜。

进一步的，所述介质基板的材料是商用介电材料F4BM，相对介电常数为2.65，损耗正切为0.001。

所述的超表面结构能够在一定频率和角度范围内将极化方向与表层金属带隙方向垂直的入射电磁波转换为透射的交叉极化电磁波，同时抑制反向传输的相同极化方向电磁波，具有超宽带非对称传输特性。

本发明的工作过程如下：极化方向垂直于超表面槽线方向的入射电磁波透过超表面以较高的效率转化为交叉极化的电磁波，同时反向入射的相同极化电磁波将被反射，从而实现了非对称传输。

进一步的，对提出的基于手性超表面的超宽带非对称传输极化转换器进行了实验验证，所述实验验证包括：

1、所述的超表面在电磁波垂直入射情况下各种传输及反射性能；

2、所述的超表面在电磁波斜入射情况下非对称传输性能。

有益效果：与现有技术相比，本发明的一种基于手性超表面的超宽带非对称传输极化转换器具有以下优势：

1、本发明可以在超宽频带内实现高效率的极化转换，并可通过调节参数进行频段上的扩展；

2、本发明具有非对称传输特性，适用于需要特殊需求的场景；

3、本发明工作具有良好的斜入射特性，可以用于复杂的工作环境。

附图说明