CN105826693B - 一种电磁波极化转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电磁波极化转换器，包括基板和极化转换机构，所述基板上设置有通孔，所述极化转换机构由弯曲的铜导线构成，所述铜导线包括第一段、第二段、第三段、第四段以及第五段，其中，所述第一段的一端贯穿所述通孔，所述第一段的另一端分别与所述第二段的一端以及所述第三段的一端相连，所述第二段与所述第三段相垂直，所述第二段的另一端与所述第四段相连，所述第三段的另一端与所述第五段相连，所述第一段、第四段以及第五段均与所述基板的上表面垂直，所述第二段和所述第三段与所述基板的上表面平行，所述基板的下表面为等效地平面。本发明提供的一种电磁波极化转换器，能够提高极化转换的效率。

Description

一种电磁波极化转换器
技术领域
本发明涉及电磁技术领域，尤其涉及一种电磁波极化转换器。
背景技术
极化状态在通信、导航和雷达探测等方面具有重要的应用，所以实现对电磁波极化状态的控制是十分重要的。由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。多数高功率微波源,如磁绝缘线振荡器、相对论返波管、虚阴极振荡器等,均输出相关极化模式。有些模式不利于高功率微波的定向发射与空间传输,因此,在应用中通常需要用电磁波极化转换器将极化进行转换,再通过天线辐射出去。然而由于结构限制，现有技术中的电磁波极化转换器的转换效率都不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁波极化转换器，能够提高极化转换的效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种电磁波极化转换器，包括基板和极化转换机构，所述基板上设置有通孔，所述通孔与所述基板的预设顶点相邻，所述极化转换机构由弯曲的铜导线构成，所述铜导线包括第一段、第二段、第三段、第四段以及第五段，其中，所述第一段的一端贯穿所述通孔，所述第一段的另一端分别与所述第二段的一端以及所述第三段的一端相连，所述第二段与所述第三段相垂直，所述第二段的另一端与所述第四段相连，所述第三段的另一端与所述第五段相连，所述第一段、第四段以及第五段均与所述基板的上表面垂直，所述第二段和所述第三段与所述基板的上表面平行，所述第一段的长度大于所述第四段以及第五段的长度，所述第二段的长度等于所述第三段的长度，所述基板的下表面为等效地平面，所述极化转换机构与所述等效地平面构成等效的LC振荡回路。
进一步地，所述第二段在所述基板上表面的投影与所述基板的第一边相平行，所述第三段在所述基板上表面的投影与所述基板的第二边相平行，所述第一边与所述第二边相垂直。
进一步地，所述第一边的长度与所述第二边的长度相等。
进一步地，所述第一边和所述第二边的长度均为28毫米，所述基板的高为3毫米。
进一步地，在所述第一段与所述通孔的内壁之间还填充有绝缘材料。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明中的极化转换机构，能够通过改变结构尺寸大小使得接收谐振频率可调。因此，本发明提供的电磁波极化转换器具有很好的可调性；此外，所述极化转换机构与等效地平面相连，从而实现回路导通，通过调节极化转换机构的尺寸可以改变所述转换器的谐振点，使得所述转换器能够高效接收电磁能，实验测得所述转换器接收电磁能的效率能高达100％；再者，本发明中的极化转换机构能够进行周期性扩展，使得结构灵活多变，当单元周期数增加时，电磁能量接收效率变大，易于实现应用量产。
附图说明
图1为本发明中电磁波极化转换器的结构示意图；
图2为本发明中电磁波极化转换器的等效四端口网络示意图；
图3为本发明中电磁波极化转换器的S11示意图；
图4为本发明中电磁波极化转换器的S21和S12示意图；
图5为本发明中电磁波极化转换器的极化转换效率示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。
图1为本发明中电磁波极化转换器的结构示意图。请参阅图1，所述电磁波极化转换器，包括基板1和极化转换机构，所述基板1上设置有通孔(未示出)，所述通孔与所述基板1的预设顶点相邻，所述极化转换机构由弯曲的铜导线构成，所述铜导线包括第一段21、第二段22、第三段23、第四段24以及第五段25，其中，所述第一段21的一端贯穿所述通孔，所述第一段21的另一端分别与所述第二段22的一端以及所述第三段23的一端相连，所述第二段22与所述第三段23相垂直，所述第二段22的另一端与所述第四段24相连，所述第三段23的另一端与所述第五段25相连，所述第一段21、第四段24以及第五段25均与所述基板1的上表面垂直，所述第二段22和所述第三段23与所述基板1的上表面平行，所述第一段21的长度h大于所述第四段24以及第五段25的长度d，所述第二段22的长度等于所述第三段23的长度，均为L，所述基板1的下表面为等效地平面，所述极化转换机构与所述等效地平面构成等效的LC振荡回路。
在本实施方式中，所述基板1采用铜材料基板，此材质的基板特点是造价低，能够将入射极化波转换为对应的极化波。所述极化转换机构由铜导线弯曲而成，并且两个壁相互垂直。通过在基板上打通孔，可以将所述极化转换机构的第一段21插入通孔中。所述基板1的下表面可以等效为地平面，所述极化转换机构和地平面可以等效为LC振荡回路。
本实施方式中的电磁波极化转换器，其特点在于其中的极化转换机构简单易加工，工作在2.45GHz且具有非常高的接收效率，通过改变极化转换机构的尺寸大小可以方便的调节谐振频率，具有良好的可调性。极化转换机构可以为一种基于线极化的周期结构，能很好地谐振产生较强的表面电流，从而极化转换效率较高，和地平面等效为LC振荡回路，从而可以实现回路导通。
在本申请一优选实施方式中，所述第二段22在所述基板1上表面的投影与所述基板1的第一边相平行，所述第三段23在所述基板1上表面的投影与所述基板1的第二边相平行，所述第一边与所述第二边相垂直。这样可以更加有效地对接收的电磁波进行极化转换。
在本申请一优选实施方式中，所述第一边的长度与所述第二边的长度相等。
在本申请一优选实施方式中，所述第一边和所述第二边的长度均为28毫米，所述基板的高为3毫米。
在本申请一优选实施方式中，在所述第一段与所述通孔的内壁之间还填充有绝缘材料3，所述绝缘材料3例如可以为四氟乙烯。
请参阅图2，所述极化转换机构可以等效为一个四端口网络，四个端口对应的阻抗分别为Zmax(1)，Zmax(2)，Zmin(1)，Zmin(2)。
请参阅图3，本发明中的电磁波极化转换器能够很好的接收2.45GHz的极化电磁波，当入射波的频率为2.45GHz时，电磁波极化转换器的S11达到了-35.92dB。其中，点状的曲线可以表示SZmax(2),Zmax(2)，而线状的曲线可以表示SZmax(1),Zmax(1)。
请参阅图4，以1表征垂直极化波，以2表征水平极化波，从SZmax(2),Zmax(1)和SZmax(1),Zmax(2)的曲线可以看出，垂直极化波能够很好地转换为水平极化波；同时，水平极化波也能够很好地转换为垂直极化波。其中，线状的曲线可以表示SZmax(2),Zmax(1)，而点状的曲线可以表示SZmax(1),Zmax(2)。
请参阅图5，本发明在极化转换效率上有很大的突破，使得极化转换效率达到100％。从而能够改善目前电磁波极化转换器的电磁能量采集整体效率普遍较低现状，使得极化转换效率大幅地提高。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明中的极化转换机构，能够通过改变结构尺寸大小使得接收谐振频率可调。因此，本发明提供的电磁波极化转换器具有很好的可调性；此外，所述极化转换机构与等效地平面相连，从而实现回路导通，通过调节极化转换机构的尺寸可以改变所述转换器的谐振点，使得所述转换器能够高效接收电磁能，实验测得所述转换器接收电磁能的效率能高达100％；再者，本发明中的极化转换机构能够进行周期性扩展，使得结构灵活多变，当单元周期数增加时，电磁能量接收效率变大，易于实现应用量产。
上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。
本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (5)

1.一种电磁波极化转换器，包括基板和极化转换机构，其特征在于，所述基板上设置有通孔，所述通孔与所述基板的预设顶点相邻，所述极化转换机构由弯曲的铜导线构成，所述铜导线包括第一段、第二段、第三段、第四段以及第五段，其中，所述第一段的一端贯穿所述通孔，所述第一段的另一端分别与所述第二段的一端以及所述第三段的一端相连，所述第二段与所述第三段相垂直，所述第二段的另一端与所述第四段相连，所述第三段的另一端与所述第五段相连，所述第一段、第四段以及第五段均与所述基板的上表面垂直，所述第二段和所述第三段与所述基板的上表面平行，所述第一段的长度大于所述第四段以及第五段的长度，所述第二段的长度等于所述第三段的长度，所述基板为等效地平面，所述极化转换机构与所述等效地平面构成等效的 LC 振荡回路。
2.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述第二段在所述基板上表面的投影与所述基板的第一边相平行，所述第三段在所述基板上表面的投影与所述基板的第二边相平行，所述第一边与所述第二边相垂直。
3.根据权利要求2所述的转换器，其特征在于，所述第一边的长度与所述第二边的长度相等。
4.根据权利要求3所述的转换器，其特征在于，所述第一边和所述第二边的长度均为28毫米，所述基板的高为3毫米。
5.根据权利要求1所述的转换器，其特征在于，在所述第一段与所述通孔的内壁之间还填充有绝缘材料。
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