CN108336502B - 一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，包括基板及其上表面的极化转换机构，所述极化转换机构由若干个单一高介电常数介质构成的三维船锚型谐振单元，所述谐振单元包括沿基板对角线排布的主干结构（4）及其两端对称分布的分支结构，所述主干结构与分支结构相互构成的面相互垂直。本发明可以用单一而简单的全介质船锚结构实现了工作在X波段内的双频带极化转换，两个发生极化转换的频点可以单独调节，且设计简单，易于实现。

Description

一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器
技术领域
本发明涉及一种极化转换器，尤其是一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，属于电子通信、微波器件技术领域。
背景技术
随着通信与信息技术的发展，人们对通信系统中微波组件和功能性器件提出更为苛刻的要求，对于电磁波的操控也越要满足不同需求。通信系统中的功能器件也面临着巨大的挑战，无论是在系统的构架，还是在集成小型化、电磁兼容性亦或在制作成本等方面都有着较大的缺陷。而且利用金属谐振设计的超材料微波器件存在着诸多方面的使用限制，比如高温环境。如应用于天线罩的频率选择表面，在外太空中高温摩擦，就会破坏金属结构，如此便失去了作用。而利用介质(如高温烧结陶瓷)就可以完美解决这一问题，起到了耐高温的作用，在各种温度环境下可以正常工作。至少从这一方面来讲，用高介电常数介质来设计和实现通信系统中多功能器件有着非常明显的优势。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，以全介质结构在X波段实现了双频的极化转换，使得极化转换器的两个频点可以通过改变不同部位的结构从而达到单独调谐的目标。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，包括基板及其上表面的极化转换机构，所述极化转换机构由若干个单一高介电常数介质构成的三维船锚型谐振单元，所述谐振单元包括沿基板对角线排布的主干结构(4)及其两端对称分布的分支结构；所述分支结构由端部相互连接的第一支干(1)、第二支干(2)及第三支干(3)组成，所述第一支干与第三支干沿所述基板的侧边平行分布，且顶端与主干结构相互连接，所述第二支干以主干结构的端部为顶点，向斜上方延伸，所述主干结构与第一、三支干构成的面垂直于主干结构与第二支干构成的面。
本发明的进一步限定技术方案为：所述主干结构及各支干均为圆柱结构，其半径为r＝0.5mm，且主干结构的长度为a＝30mm，各支干的长度均为b＝14mm。第一、三支干与主干结构之间形成的夹角均为α＝45°，所述第二支干与主干结构之间形成的夹角为α＝45°，周期p＝px＝py＝24mm。
进一步的，所述主干结构的长度a为长度可调结构，以实现X波段内的低频点的位置和极化转换率；所述各支干长度b为长度可调结构，以实现高频点的位置和极化转换率。可以用单一而简单的船锚结构实现工作在X波段内的双频带极化转换，并且，两个发生极化转换的频点可以单独调节。
进一步的，船锚分支个数n≥3，且长度可以不同，不同分支与主干组成的面之间可以为任意角度，且面与面之间形成的夹角α1为0°＜α1＜180°；分支与主干之间也可以为任意角度，各支干与主干结构之间形成的夹角α2为0°＜α2＜180°。不同的分支数和不同的角度可以任意组合，形成不同功能的微波器件，所述微波器件包括但不限于宽带极化转换器、圆极化转换器、吸波器及反射器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)本发明通过一种船锚的全介质结构实现反射型双频带极化转换器。具体是采用三维船锚结构在X波段内实现了双频段的反射型极化转换器，该船锚结构每边有三个船锚分支，并且两边的船锚分支与主干中心分布。所设计的船锚结构极化转换器的两个频点可以通过改变不同部位的结构从而达到单独调谐的目标。
(2)一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器及其实现方法，可以用单一而简单的船锚结构实现工作在X波段内的双频带极化转换，并且，两个发生极化转换的频点可以单独调节。
(3)本发明提出一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器及其实现方法，改变船锚结构的主干长度a能够实现X波段内的低频点的位置和极化转换率，改变船锚结构的分支长度b能够实现高频点的位置和极化转换率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的结构示意结构图。
图2为图1的极化转换器的同极化和交叉极化的反射系数。
图3为图1的极化转换器的极化转换率。
其中：1-第一支干、2-第二支干、3-第三支干、4-主干结构、5-金属反射板。
具体实施方式
本实施例提供了一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，其结构如图1所示，包括基板及其上表面的极化转换机构，本实施例中采用的基板为金属反射板5。而极化转换机构由若干个单一高介电常数介质构成的三维船锚型谐振单元，其结构分布在两个相互垂直的面内。该谐振单元包括沿基板对角线排布的主干结构4及其两端对称分布的分支结构。
其中，分支结构由端部相互连接的第一支干1、第二支干2及第三支干3组成。第一支干与第三支干沿所述基板的侧边平行分布，且顶端与主干结构相互连接；第二支干以主干结构的端部为顶点，向斜上方延伸。同时，主干结构与第一、三支干构成的面垂直于主干结构与第二支干构成的面。
干和分支均为圆柱结构，其半径为r＝0.5mm。主干长度为a＝30mm，分支长度为b＝14mm。2和4的夹角以及1、3和4的夹角均为α＝45°，周期p＝px＝py＝24mm。对于取值没有特定的要求，可以根据需要选择不同的取值，使其工作在不同的工作频段。
图2是本发明专利提出的极化转换器的同极化和交叉极化的反射系数，实线是同极化反射系数(Sco-11)，虚线是交叉极化反射系数(Scross-11)。提出的极化转换器工作在X波段，工作频点分别是8.82GHZ和11.76GHz。
图3是本发明专利提出的极化转换器的极化转换率。
根据公式PCRR＝|Sco-11|2/(|Sco-11|2+|Scross-11|2计算反射型极化转换率，从图中可以看出两个频点的极化转换率分别是99.9％和77.2％。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (6)

1.一种船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，包括基板及其上表面的极化转换机构，其特征在于:所述极化转换机构由若干个单一高介电常数介质构成的三维船锚型谐振单元，所述谐振单元包括沿基板对角线排布的主干结构（4）及其两端对称分布的分支结构，所述谐振单元为中心对称；所述分支结构由端部相互连接的第一支干（1）、第二支干（2）及第三支干（3）组成，所述第一支干与第三支干沿所述基板的侧边平行分布，且顶端与主干结构相互连接，所述第二支干以主干结构的端部为顶点，向斜上方延伸，所述主干结构与第一、三支干构成的面垂直于主干结构与第二支干构成的面。
2.根据权利要求1所述的船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，其特征在于：所述主干结构及各支干均为圆柱结构，其半径为r=0.5mm。
3.根据权利要求2所述的船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，其特征在于：所述主干结构的长度为a=30mm，各支干的长度均为b=14mm。
4.根据权利要求1所述的船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，其特征在于：所述第一、三支干与主干结构之间形成的夹角均为α 1 =45°，所述第二支干与主干结构之间形成的夹角为α 2 =45°，周期p= p x =p y =24mm。
5.根据权利要求1所述的船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，其特征在于：高频点与低频点的极化转换可以单独调节。
6.根据权利要求1所述的船锚结构的全介质反射型双频带极化转换器，其特征在于：所述支干个数n≥3，且长度相等或不等；不同支干与主干结构组成的面之间为垂直或相交，且面与面之间形成的夹角α 1 为0°＜α 1 ＜180°；各支干与主干结构之间形成的夹角α 2 为0°＜α 2 ＜180°。
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