CN106953169B - 一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，所述第一谐振单元彼此间隔的排列在第一介质层顶面，所述第一介质层底面、防透射层、第二介质层顶面依次连接，所述第二谐振单元与第一谐振单元相对应彼此间隔的排列在第二介质层背面；所述第一谐振单元的金属框内竖直设置有开口的金属条，金属条两个自由端上呈中心对称方式设置有金属化通孔；所述第二谐振单元的金属框内水平设置有开口的金属条；所述第一谐振单元上两个金属化通孔依次穿过第一介质层、防透射层上过孔、第二介质层，并与第二谐振单元金属框内金属条的两个自由端上的两个金属化通孔相连通。本发明与传统的极化转换器相比结构简单、效率高。

Description

一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器
技术领域
本发明涉及一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，属于电磁技术领域。
背景技术
信息化条件下，来自外界的电磁干扰对用频设备的威胁越来越大，电磁波的传播控制成为电磁领域研究的热点。在通信技术中，利用不同的极化具有不同的传播特性，结合收发天线的极化特性，可以实现电磁波的最佳发射和接受。中波广播采用垂直极化传播，因为电波的特性，如果水平极化的电波传播会在大地表面产生极化电流，极化电流受大地的阻抗影响，而使电场信号衰减掉，而垂直极化方式不易产生极化电流。电视、调频广播和短波广播一般采用水平极化方式。电视信号和调频广播为空间直接波传播，不是地面波传播，不同于上述水平极化波在地球表面传播损耗大的情况。远距离的短波广播为电离层反射传播方式采用水平极化的主要原因是: 1) 工业电磁干扰大多为垂直极化的，采用水平极化有利于抗干扰; 2) 对于山丘和城市大建筑物阻挡造成信号传播的阴影区，当接收天线离地面高度大于一个波长时，水平极化电磁波的绕射能力比垂直极化略好一些; 3) 架设水平极化天线时的支持物( 如铁杆、塔等) 及垂直馈线等的感应场的再辐射对天线特性影响较小。
电磁波的极化控制是电磁波空间传播控制的重要研究内容，在雷达抗干扰的研究中，可以通过垂直极化波的天线工作来抑制敌方水平极化波的干扰。通常一副天线仅具有一种极化，为了适应现代电子战大纵深、全方位、高机动和战场信息密集多变的特点，对天线极化自适应要求日益迫切，为此极化可调的多极化天线在现代雷达、通信及电子侦察与干扰等领域具有重要的新用途。在应用中通常需要电磁波极化转换器进行转换，再将天线辐射出去，但是极化转换的结构复杂。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，包括：第一谐振单元、第一介质层、防透射层、第二介质层、第二谐振单元，所述第一谐振单元彼此间隔的排列在第一介质层顶面，所述第一介质层底面、防透射层、第二介质层顶面依次连接，所述第二谐振单元与第一谐振单元相对应彼此间隔的排列在第二介质层背面；所述第一谐振单元：包括：金属框、金属条，所述金属框内竖直设置有开口的金属条，金属条两个自由端上呈中心对称方式设置有金属化通孔；所述第二谐振单元包括：金属框、金属条，所述金属框内水平设置有开口的金属条；所述防透射层上对应每组金属化通孔位置均设置有过孔，所述第一谐振单元上两个金属化通孔依次穿过第一介质层、防透射层上过孔、第二介质层，并与第二谐振单元金属框内金属条的两个自由端上的两个金属化通孔相连通。
作为优选方案，所述第一介质层、第二介质层均采用罗杰斯RT5880板。
作为优选方案，所述第一谐振单元、第二谐振单元的尺寸为10*10*3.5mm。
作为优选方案，所述金属化通孔直径为0.4mm。
作为优选方案，所述第一介质层、第二介质层的厚度为1.524mm。
作为优选方案，所述防透射层采用金属板。
作为优选方案，所述防透射层上过孔的直径大于金属化通孔的直径。
有益效果：本发明提供的一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，有如下优点：
（1）与传统的极化转换器相比本发明结构简单，易加工，通过调节谐振单元的大小可以实现方便的调节谐振频率。
（2）本发明中极化转换器厚度约3.5mm，占用的体积小，完全符合现代无线电通信低剖面的要求。
（3）本发明中提出了新的极化转换方式，既传导耦合。本发明中的极化转换能够进行周期性扩展，使得结构灵活多变，易于实现量产。
附图说明
图1为本发明的正面结构示意图；
图2为第一谐振单元的结构示意图；
图3为本发明的背面结构示意图；
图4为第二谐振单元的结构示意图；
图5为本发明的侧面剖视图；
图6为对应一组金属化通孔的防透射层的结构示意图；
图7为电磁波极化转化的示意图；
图8为电磁波极化转化的S1（y）1（y）反射系数仿真图；
图9为电磁波极化转化的S2（x）1（y）透射系数仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1-图6所示，一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，包括：第一谐振单元1、第一介质层2、防透射层3、第二介质层4、第二谐振单元5，所述第一谐振单元1彼此间隔的排列在第一介质层2顶面，所述第一介质层2底面、防透射层3、第二介质层4顶面依次连接，所述第二谐振单元5与第一谐振单元1相对应的彼此间隔的排列在第二介质层4背面；所述第一谐振单元1：包括：金属框6、金属条7，所述金属框6内竖直设置有开口的金属条7，金属条7两个自由端上呈中心对称方式设置有金属化通孔8；所述第二谐振单元5包括：金属框6、金属条7，所述金属框6内水平设置有开口的金属条7；所述防透射层3上对应每组金属化通孔8位置均设置有过孔9，所述第一谐振单元1上两个金属化通孔8依次穿过第一介质层2、防透射层3上过孔9、第二介质层4，并与第二谐振单元5金属框6内金属条7的两个自由端上的两个金属化通孔相连通。
为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，具体实施例如下，由多个第一谐振单元、第二谐振单元沿着正交方向规则排列构成，组成一个8*8的阵列，每个第一谐振单元、第二谐振单元的尺寸为10*10*3.5mm。第一介质层、第二介质层采用罗杰斯RT5880板（介电常数是2.2，损耗正切0.0009），第一谐振单元、第二谐振单元金属条开缝拐角处打两个呈中心对称的金属化通孔，使第一谐振单元与第二谐振单元连接起来，孔的直径为0.4mm。第二谐振单元是在第一谐振单元对应位置旋转90度排列的。防透射层采用金属板，金属板上过孔的直径要比金属化通孔直径要大防止与金属板接触。
本设计共有5层，两层厚度一样的罗杰斯板中间夹着金属板，每层罗杰斯板的厚度是1.524mm。罗杰斯板上下表面排列有金属材料的第一谐振单元、第二谐振单元，每层通过层压的方式结合在一起。
如图7所示，当极化方向为y方向的电磁波从第一谐振单元正面端口垂直入射时，在第一谐振单元上产生谐振形成极化电流，通过金属化过孔将电流传导至第二谐振单元，然后辐射出去电磁波，因为第二谐振单元旋转90度，所以电磁波的电场旋转90度，形成x方向的电磁波从第二谐振单元背面端口辐射出去，从而实现了y极化方向电磁波转换成x极化方向的电磁波。
如图8-9所示，本设计的电磁波极化转化的S1（y）1（y）反射系数和S2（x）1（y）透射系数仿真图，转换效率97%，通过仿真显示剩余的3%是由于介质损耗，如果选用损耗低的介质可以提高转化效率接近到100%。通过改变谐振单元的大小可以改变转换的频率，所以对于设计具有灵活性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，包括：第一介质层，其特征在于：还包括：第一谐振单元、防透射层、第二介质层、第二谐振单元，所述第一谐振单元彼此间隔的排列在第一介质层顶面，所述第一介质层底面、防透射层、第二介质层顶面依次连接，所述第二谐振单元与第一谐振单元相对应彼此间隔的排列在第二介质层背面；所述第一谐振单元：包括：金属框、金属条，所述金属框内竖直设置有开口的金属条，金属条两个自由端上呈中心对称方式设置有金属化通孔；所述第二谐振单元包括：金属框、金属条，所述金属框内水平设置有开口的金属条；所述防透射层上对应每组金属化通孔位置均设置有过孔，所述第一谐振单元上两个金属化通孔依次穿过第一介质层、防透射层上过孔、第二介质层，并与第二谐振单元金属框内金属条的两个自由端上的两个金属化通孔相连通；
所述第一谐振单元、第二谐振单元的尺寸为10*10*3.5mm；
所述防透射层采用金属板。
2.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，其特征在于：所述第一介质层、第二介质层均采用罗杰斯RT5880板。
3.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，其特征在于：所述金属化通孔直径为0.4mm。
4.根据权利要求2所述的一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，其特征在于：所述第一介质层、第二介质层的厚度为1.524mm。
5.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波垂直极化到水平极化转换器，其特征在于：所述防透射层上过孔的直径大于金属化通孔的直径。
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