CN106953177A - 一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，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、第二谐振单元均设置为开口金属圆环，所述开口金属圆环开口处对称设置有两个金属化通孔，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、与第二谐振单元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左右旋圆极化转换器
技术领域
本发明涉及一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，属于电磁波的极化转换器技术领域。
背景技术
电磁波极化是电磁波的重要特征，用电磁波传输时电场矢量的振荡行为来描述。当电磁波沿着波矢的方向向前传播时,随着时间的变化，电场矢量的末端所走过的轨迹为直线、圆和椭圆时，其对应的极化状态分别为线极化、圆极化和椭圆极化。在实际应用中，经常对电磁波的极化特征进行检测和改变其极化状态。
在雷达目标识别、通信、航空航天、电磁对抗等领域，电磁波的传播以及信号的接收性能均与波的极化形式有关。极化技术作为一项重要的干扰、抗干扰技术也成为了军事科研领域的一个研究热点。随着无线通信技术的迅速发展，对各种类型天线的需求也与日俱增。圆极化天线由于其特殊的传播特性，在雷达、卫星通信和移动通信领域得到了广泛的应用。
圆极化电磁波分为左旋圆极化波和右旋圆极化波。天线辐射的是左旋圆极化波，则只能接受左旋圆极化波而不能接受右旋圆极化波。反之，若天线辐射右旋圆极化波，则只能接受右旋圆极化波而不能接受左旋圆极化波，在通信和电子对抗中广泛利用这个性质。因此为适应现代信息密集多变的特点，仅具有单极化特性的天线已经不能满足要求,导致对快速极化转换器的研究也日益增多。因此极化转换器实现左旋圆极化与右旋圆极化相互转换则非常必要。
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左右旋圆极化转换器。
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左右旋圆极化转换器，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、第二谐振单元均设置为开口金属圆环，所述开口金属圆环开口处对称设置有两个金属化通孔，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、与第二谐振单元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RO4003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12mm*12mm*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1.5mm
作为优选方案，所述开口金属圆环的开口间隙是0.2mm，圆环外直径为11.44mm，内直径为5mm。
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左右旋圆极化转换器，有益效果如下：
（1）与传统的极化转换器相比本设计结构简单，易加工，通过调节结构的大小可以方便的实现调节谐振频率。
（2）本设计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）本设计中提出了新的极化转换方式，既传导耦合，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为本发明的背面结构示意图；
图3为开口金属圆环的结构示意图；
图4为本发明的侧面剖视图；
图5为对应一组金属化通孔的防透射层的结构示意图；
图6为电磁波极化转化示意图；
图7为电磁波极化转化的S1（L）1（L）反射系数仿真图；
图8为电磁波极化转化的S2（R）1（L）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5所示，一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，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、第二谐振单元5均设置为开口金属圆环，所述开口金属圆环开口处对称设置有两个金属化通孔6，所述防透射层3上对应每组金属化通孔6位置均设置有过孔7，所述第一谐振单元1上两个金属化通孔6依次穿过第一介质层2、防透射层3上过孔7、第二介质层4、与第二谐振单元5上的两个金属化通孔7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镜像对称排列构成，组成一个8*8的阵列。第一谐振单元、第二谐振单元均采用开口金属圆环，其缝的间隙是0.2mm，圆环外直径为11.44mm，内直径为5mm。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、与第二谐振单元上的两个金属化通孔相连通，每个金属化通孔的直径是0.4mm。第一谐振单元、第二谐振单元结构尺寸为12mm*12mm*3.5mm。
本设计共有5层，两层厚度一样的罗杰斯RO4003（介电常数为3.38，损耗正切为0.0027）板，中间夹着防透射层，每层罗杰斯板的厚度1.5mm。防透射层采用金属材料，为了防止电磁波透射，防透射层上的过孔直径为1mm比金属化通孔的直径大，每层通过层压的方式结合在一起。
如图6所示，本设计结构中，当左旋圆极化电磁波从第一谐振单元正面端口1垂直入射，形成顺时针方向旋转的极化电流，极化电流通过金属化通孔流到第二谐振单元形成逆时针方向旋转的电流，从而形成右旋圆极化电磁波从第二谐振单元背面端口2辐射，左旋圆极化入射右旋透射，即形成了左旋圆极化到右旋圆极化的转换。因为结构的对称性，同理当右旋圆极化入射时，形成左旋圆极化的透射。
如图7所示，是本设计中的电磁波极化转化的S1（L）1（L）参数，在5.8G时产生谐振，达到-35dB。如图8所示，是本设计中的电磁波极化转化的S2（R）1（L）参数，其中L代表左旋，R代表右旋圆极化。说明达到了良好的转换，其转换效率达到97%，其余的在介质中损耗掉，如果选用更低的损耗介质，其转换效率接近100%。其中L代表左旋圆极化波，R代表右旋圆极化波。因为结构对称，即S1（R）1（R）和S2（L）1（R）与上面结果一样。
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 (8)

1.一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，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、第二谐振单元均设置为开口金属圆环，所述开口金属圆环开口处对称设置有两个金属化通孔，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、与第二谐振单元上的两个金属化通孔相连通。
2.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，其特征在于：所述第一介质层、第二介质层均采用罗杰斯RO4003板。
3.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，其特征在于：所述第一谐振单元、第二谐振单元的尺寸为12mm*12mm*3.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，其特征在于：所述金属化通孔直径为0.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，其特征在于：所述第一介质层、第二介质层的厚度为1.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，其特征在于：所述开口金属圆环的开口间隙是0.2mm，圆环外直径为11.44mm，内直径为5mm。
7.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，其特征在于：所述防透射层采用金属板。
8.根据权利要求1所述的一种平面结构电磁波左右旋圆极化转换器，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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