CN105190997A - 极化转换电介质板 - Google Patents

Abstract

一种电介质板，其用于与以预定频率沿着传播路径传播的电磁辐射源一起使用。电介质板可以包括交替的、细长的、平行的第一电介质元件和第二电介质元件，以及框架，所述框架支撑分布在第一平面中的第一电介质元件和第二电介质元件。电磁辐射可以平行于第一平面被显著地线性极化。当电介质板支撑在电磁辐射的传播路径中时，电介质板的第一平面可以横切第二平面，并且传播路径可以穿过电介质板。第一电介质元件和第二电介质元件可以具有不同的电介质常数和沿着传播路径的各自的厚度，使得穿过第一电介质元件的电磁辐射于穿过第二电介质元件的电磁辐射相比可以被相移预定量。

Description

极化转换电介质板

技术领域

本公开涉及极化领域。更具体地，本公开涉及将线性极化电磁辐射转换为圆形极化电磁辐射。

背景技术

许多无线频率天线产生电磁辐射，该电磁辐射显著被线性极化。当设备例如接收天线被放置为接收线性极化电磁辐射时，与发送的电磁辐射相关的接收天线的定向对于接收强烈信号是重要的。

通常，四分之一波片可以用于将线性极化电磁辐射转换为圆形极化无线频率电磁辐射。四分之一波片由特定材料制成，该特定材料拥有双折射属性，其中，取决于与双折射材料相关的辐射的相关角度，通过材料的电磁辐射以不同速率传播。已知具有双折射属性的材料的实例包括石英和云母等。然而，由双折射材料制成的四分之一波片趋于体积庞大，并且难于以小尺寸形状集成芯片封装来实现。

发明内容

在第一实例中，提供了一种电介质板，其用于与以预定频率沿着传播路径传播的电磁辐射源一起使用。所述电介质板包括：多个交替的、细长的、平行的第一电介质元件和第二电介质元件，以及框架，所述框架支撑分布在第一平面中的第一电介质元件和第二电介质元件。电磁辐射可以平行于第一平面被显著地线性极化。当电介质板支撑在电磁辐射的传播路径中时，电介质板的第一平面可以横切第二平面并且传播路径可以穿过电介质板。第一电介质元件和第二电介质元件具有不同的电介质常数和沿着传播路径的不同的厚度，使得穿过第一电介质元件的电磁辐射与穿过第二电介质元件的电磁辐射相比被相移预定量。

在第二实例中，改变辐射的方法包括：引导沿着传播路径传播的电磁辐射的第一部分，同时引导电磁辐射的第二部分穿过与第一电介质元件交错布置的一组多个细长的、平行的第二电介质元件。通过分布在横切第一平面的第二平面中的多个细长的、平行的第一电介质元件，电磁辐射可以平行于第一平面被显著地线性极化。多个第二电介质元件可以分布在第二平面中。第一电介质元件和第二电介质元件具有不同的电介质常数和沿着传播路径的各自的厚度，使得电磁辐射的第一部分穿过第一电介质元件的的传播速率与电磁辐射的第二部分穿过第二电介质元件明显不同。电磁辐射的第一部分相对于电磁辐射的第二部分被相移预定量。

附图说明

上述内容笼统地描述了本发明，现在参照附图来描述，但是附图并不必须要按比例来绘制，其中：

图1示出了将线性极化电磁辐射改变成圆形极化电磁辐射的电介质板的第一实例的等距视图；

图2示出了电介质板的第二实例的等距视图；

图3示出了图1的电介质板的俯视图；

图4示出了沿图3的线4-4而截取的横截面图；

图5示出了通过图1和图2的电介质板在电磁辐射中产生的相移；

图6概念性地示出图1或图2的电介质板如何相对于号角型天线而被定向，用于产生圆形极化电磁辐射；

图7示出了包括号角型天线和如图图1或图2所示的电介质板的辐射改变组件；和

图8示出了改变电磁辐射的极化的流程图。

可以有在图中未描述但是在说明书中描述的附加结构，但是这种图的缺失不应当被认为是说明书忽略的设计。

具体实施方式

图1示出了用于将沿着传播路径104行进、由箭头示出的线性极化电磁辐射102改变为圆形极化电磁辐射106的电介质板100的等距视图。在这个实例中，入射到板100上的电磁辐射102在平面108中显著线性极化。电介质板100可以包括框架110，其支撑多个第一电介质元件112和多个第二电介质元件114。在这个实例中，电介质元件112为气体，例如环境空气，而电介质元件114由固体电介质元件制成，例如热塑性聚合物。热塑性聚合物的一些实例包括但不限于丙烯酸树脂、尼龙、聚乙烯和聚苯乙烯。应当理解的是，电介质元件可以为任意合适的电介质媒介组合，包括固体、液体和气体。每个电介质元件还可以由不同的电介质材料层形成。

框架支撑沿着电介质板的表面118的平面116的电介质元件。在这个实例中，辐射平面108正交于板平面116。如将要进一步讨论的，电介质元件112和114在板平面116中是细长的、平行的，并且在横切辐射平面的平面116中延伸。电介质元件还具有沿着辐射路径104的厚度T并且具有明显不同的相应电介质常数，使得在平面108中线性极化的电磁辐射的正交分量以不同的速率穿过电介质元件，进而产生从电介质板出射的圆形极化辐射106。图2示出了圆形极化电介质板200的第二实例。板200可以将线性极化辐射圆形极化，如对电介质板100所描述的那样。然而，在这个实例中，电介质板200可以由框架206支撑的固体电介质元件202和204形成。多个第一电介质元件202和多个第二电介质元件204可以交替地在框架206中分布。

第一电介质元件202的电介质常数可以小于第二电介质元件204的电介质常数。优选地，第一电介质元件和第二电介质元件的电介质常数的差异足以使穿过它们的横切定向的电磁辐射以不同速率传播。另外，随同电介质常数中的差异一起，第一电介质元件102和第二电介质元件104的厚度可以使得电磁辐射的极化中的改变从线性极化到圆形极化成为可能，正如参考电介质板100所讨论的，并且正如下文所说明的。

图3为电介质板100的平面图或俯视图，应当理解所描述的特征也适用于电介质板200。视图的平面对应于板平面116。入射线性极化辐射的平面108垂直于平面116。传播路径104沿着平面108延伸并且正交于平面116。应当看出，电介质元件在平面116中是细长的并且平行于线120而延伸。入射辐射的极化平面横切电介质元件的线，并且以角度A与电介质板的表面相交。在这个实例中，角度A为45度；只要辐射极化的平面横切电介质元件的线，也可以使用其它角度。

图4为沿着图3中的线4-4而截取的横截面。横截面正交于电介质元件的长度。在这个实例中，电介质元件具有矩形横截面，该矩形横截面具有沿着辐射传播的路径104的厚度T。电介质元件112具有宽度W1并且电介质元件114具有宽度W2。宽度W1和W2在这个实例中是相同的。

然后，在这个实例中，垂直于它们各自长度的第二电介质元件104和第一电介质元件102的横截面可以相等。在一些实例中，电介质元件的厚度可以比它们的宽度厚两倍。但是在其它实例中，宽度W1和W2可以小于或等于入射电磁辐射的预定频率的波长的20％。

图5示出了在穿过电介质板的电磁辐射中由电介质板100和200产生的相移。线性极化电磁辐射可以由许多电磁波组成，这些电磁波协同产生上述线性极化。线性极化电磁辐射的一部分可以通过第一电介质元件112并且线性极化电磁辐射的另一个部分可以通过第二电介质元件114。如上文所提到的，第一电介质元件112可以是电介质常数为1的空气槽，并且第二电介质元件114可以由具有较高电介质常数的固体电介质材料制成。因此，穿过第一电介质元件112的线性极化电磁辐射的部分可以先于穿过第二电介质元件114的线性极化电磁辐射的部分四分之一波长，对应于90度的相移。电介质板还可以配置为提供以不同速率穿过电介质板的两个辐射分量之间的相对相移的其它量。在特定实例中，在图6中显示，在辐射改变组件600的支撑框架或壳体604中包裹的号角型天线602可以将线性极化电磁辐射606传输至电介质板608，电介质板608和电介质板100和200的构造相同。电介质板608可以放置在辐射传播路径612中，用于将线性极化电磁辐射转换成圆形极化电磁辐射。号角型天线602可以从源接收电磁辐射，并且可以将线性极化电磁辐射导向电介质板608。号角型天线602可以具有矩形孔610。矩形孔610可以沿着垂直于孔606的平面的传播轴612所指示的传播路径引导线性极化电磁辐射606。号角型天线602可以包括波导614和限定了孔610的金属号角状部件616。波导614可以向金属号角状部件616供应电磁辐射。而且，金属号角状部件可以沿着传播轴612引导电磁辐射。传播轴可以对应于号角型天线602的对称轴。沿着传播轴传播的线性极化电磁辐射可以由电介质板608圆形极化。

应当注意，所显示的号角型天线602将线性极化电磁辐射传输至电介质板608；但是，本领域技术人员会理解，线性极化电磁辐射可以从任意其它线性极化辐射源传输至电介质板。

图7示出了具有辐射改变组件600的功能的辐射改变组件700的另一个实例。在这个特定实例中，包裹在支撑框架或者壳体704中的号角型天线702可以将线性极化电磁辐射传输至电介质板706，电介质板706的构造与电介质板100和200相同。电介质板706可以放置在辐射传播路径中，用于将线性极化电磁辐射转换成圆形极化电磁辐射。壳体704可以被提供以支撑号角型天线702和电介质板706。在这个实例中，壳体704还可以支撑准直透镜708。

图8示出了改变电磁辐射的极化的方法的流程图800。流程图800在步骤802开始。在步骤804，如上文所提到的，沿着传播路径传播的电磁辐射的第一部分可以被引导通过多个细长的、平行的第一电介质元件。在步骤806，电磁辐射的第二部分可以被同时引导通过与第一电介质元件交错布置的细长的、平行的第二电介质元件。第一电介质元件和第二电介质元件具有不同的电介质常数以及在传播路径方向上不同的厚度。因此，穿过第一电介质元件的电磁辐射的第一部分可以相对于穿过第二电介质元件的电磁辐射的第二部分以明显不同的传播速率传播，以产生所述两部分之间的相对相移。而且，电磁辐射的第一部分可以相对于电磁辐射的第二部分被相移预定量。在步骤808，多个第一电介质元件和多个第二电介质元件可以被定向以与第一平面呈45度角延伸第一电介质元件和第二电介质元件的长度。如上文所述，第一电介质元件和第二电介质元件的定向可以产生对应于90度相移的四分之一波长的相移，从而产生圆形极化电磁辐射。方法800在步骤810处结束。

本公开中上文描述的电介质板可以有许多优点。电介质板并不体积庞大。另外，电介质板可以容易地以小型集成芯片封装而实现，从而减少整体复杂度。

应当相信，本文包括多个具有独立效用的发明。虽然这些发明中的每个以其优选形式被公开，但是如本文中所述，其特定实施方式不应当被认为是限制性的，因为还可以有多种变形。每个实例限定一个前述内容限定的实施方式，但是任一个实例并不必须包括最终要求保护的所有特征或结合。如果说明书描述了“一个”或“第一”元件及其等同物，这种说明包括一个或多个这种元件，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。此外，用于识别元件的序号(例如第一、第二或第三)用于区分这些元件，并不要求规定数量或有限数量的元件，也不指示这些元件的位置或顺序，除非另有特别说明。

Claims (11)

1.一种电介质板，其用于与以预定频率沿着传播路径传播的电磁辐射源一起使用，电磁辐射平行于第一平面被显著地线性极化，所述电介质板包括：多个交替的、细长的、平行的第一电介质元件和第二电介质元件，以及框架，所述框架支撑分布在第一平面中的第一电介质元件和第二电介质元件；当电介质板支撑在电磁辐射的传播路径中时，第一平面横切第二平面并且传播路径穿过电介质板，第一电介质元件和第二电介质元件具有不同的电介质常数和沿着传播路径方向的各自的厚度，使得穿过第一电介质元件的电磁辐射与穿过第二电介质元件的电磁辐射相比被相移预定量。

2.根据权利要求1所述的电介质板，其中，第一电介质元件由固体材料制成，而第二电介质元件为空气。

3.根据权利要求2所述的电介质板，其中，第一电介质元件由绝缘热塑性聚合物制成。

4.根据权利要求1所述的电介质板，其中，当第一平面位于垂直于传播路径时，第二平面沿着第一线与第一平面相交，以及第一电介质元件和第二电介质元件沿着与第一线成45度角相交的线在第一平面中延伸。

5.根据权利要求1所述的电介质板，其中，第一电介质元件和第二电介质元件具有沿着传播路径的各自的厚度，用于将穿过第一电介质元件的辐射与穿过第二电介质元件的辐射相比，相移预定频率的波长的四分之一。

6.根据权利要求1所述的电介质板，其中，第一电介质元件和第二电介质元件具有与第一电介质元件和第二电介质元件的长度垂直的矩形横截面。

7.根据权利要求6所述的电介质板，其中，垂直于第一电介质元件和第二电介质元件的长度的第一电介质的横截面和第二电介质的横截面在平行于传播路径的尺寸上比第一平面中的尺寸长两倍以上。

8.根据权利要求1所述的电介质板，其中，垂直于第一电介质元件和第二电介质元件的长度的第一电介质元件的横截面和第二电介质元件的横截面的尺寸相同。

9.根据权利要求1所述的电介质板，其中，垂直于第一电介质元件和第二电介质元件的长度并且垂直于第一平面的第一元件的宽度和第二元件的宽度小于或等于预定频率的波长的20％。

10.一种改变辐射的方法，包括：

引导沿着传播路径传播的电磁辐射的第一部分穿过分布在横切第一平面的第二平面中的多个细长的、平行的第一电介质元件，所述电磁辐射平行于第一平面被显著地线性极化；

同时引导所述电磁辐射的第二部分穿过与多个第一电介质元件交错布置的多个细长的、平行的第二电介质元件，多个第二电介质元件也分布在第二平面中，第一电介质元件和第二电介质元件具有不同的电介质常数和沿着传播路径的各自的厚度，使得电磁辐射的第一部分穿过第一电介质元件的的传播速率与电磁辐射的第二部分穿过多个第二电介质元件的传播速率明显不同，使得电磁辐射的第一部分相对于电磁辐射的第二部分被相移预定量。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括将第一电介质元件和第二电介质元件定向，使得它们在第二平面中的长度以与第一平面成45度的角度延伸。