CN109193101A - 利用s型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法 - Google Patents

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CN109193101A CN201810852880.3A CN201810852880A CN109193101A CN 109193101 A CN109193101 A CN 109193101A CN 201810852880 A CN201810852880 A CN 201810852880A CN 109193101 A CN109193101 A CN 109193101A
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程响响
蒋鑫鑫
刘士忠
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    • H01Q15/242—Polarisation converters

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Abstract

本发明提供利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，包括：在介质基板上每个S型单元上下两对横臂上钻孔，并在孔的内表面镀金属膜，构成双各向异性的S型异向介质结构单元；将S型异向介质结构单元按周期在介质基板双面各自按垂直于介质基板和平行于介质基板方向上排列展开；将介质基板按照周期沿介质基板的垂线方向排列，形成整块有效的双各向异性S型异向介质。本发明提供的利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，构造方法简单，性能稳定，工作频率易于确定、可以控制调节，并且在能产生电磁波极化旋转的基础上，其本身在相应的工作频段内也是一种有效的异向介质材料，因此可以用于构造微波以及太赫兹波段的极化旋转器。

Description

利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法
技术领域
本发明涉及微波技术领域，特别涉及利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法。
背景技术
前苏联科学家V.G.Veselago在1968年指出：当介质的介电常数ε与磁导率μ同时为负数时，其折射率将变为负值。这种ε和μ同时为负的介质的英文名称为Left-handedMaterial。美国麻省理工学院J.A.Kong教授命名其中文名称为“异向介质”，国内也有其它名称如“负介质”、“负折射率介质”或直译为“左手物质”。2001年，美国加州大学San Diego分校的D.R.Smith等人根据英国帝国理工学院J.B.Pendry的研究结果首次构造出ε与μ同时为负的人工介质，其方法是采用细金属导线阵列构造等效介电常数为负值的介质，采用金属开路环形谐振器阵列构造等效磁导率为负值的介质，然后通过将这两种阵列混合放置在一起，从而构成一种等效的人工电磁异向介质。2004年，浙江大学异向介质小组的陈红胜等提出了一种S型异向介质，这种异向介质谐振单元将能产生电谐振的金属线和能产生磁谐振的金属开路环合二为一，并且负通带特性优于前者。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，以解决如何构造电磁波极化旋转器的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提出一种利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，包括：在介质基板上每个S型单元上下两对横臂上钻孔，并在孔的内表面镀金属膜，构成双各向异性的S型异向介质结构单元；将所述S型异向介质结构单元按周期在介质基板双面各自按垂直于介质基板和平行于介质基板方向上排列展开，在垂直与介质基板的方向上发生电磁耦合；将发生电磁耦合的介质基板按照周期沿所述介质基板的垂线方向排列，形成整块有效的双各向异性S型异向介质。
进一步地，每个双各向异性的S型异向介质结构单元间的距离相等。
进一步地，各个发生电磁耦合的介质基板之间的间距相等。
本发明提供的利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，构造方法简单，性能稳定，工作频率易于确定、可以控制调节，并且在能产生电磁波极化旋转的基础上，其本身在相应的工作频段内也是一种有效的异向介质材料，因此可以用于构造微波以及太赫兹波段的极化旋转器。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明实施例提供的利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法的步骤流程示意图；
图2为本发明实施例提供的双各向异性S型异向介质结构单元的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的双各向异性S型异向介质结构单元的等效电路示意图；
图4a为本发明实施例提供的双各向异性S型异向介质结构单元按周期在介质基板双面各自按水平方向(x)和垂直方向(y)排列的结构示意图；
图4b为本发明实施例提供的已经含有了双各向异性S型异向介质结构单元的介质板材料再按照一定的周期(pz)沿基板的垂线方向(z)排列的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的双各向异性S型异向介质结构单元原理结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，构造方法简单，性能稳定，工作频率易于确定、可以控制调节，并且在能产生电磁波极化旋转的基础上，其本身在相应的工作频段内也是一种有效的异向介质材料，因此可以用于构造微波以及太赫兹波段的极化旋转器。
图1为本发明实施例提供的利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法的步骤流程示意图。参照图1，本发明提供一种利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，包括：
S11、在介质基板上每个S型单元上下两对横臂上钻孔，并在孔的内表面镀金属膜，构成双各向异性的S型异向介质结构单元；
S12、将所述S型异向介质结构单元按周期在介质基板双面各自按垂直于介质基板和平行于介质基板方向上排列展开，在垂直与介质基板的方向上发生电磁耦合；
S13、将发生电磁耦合的介质基板按照周期沿所述介质基板的垂线方向排列，形成整块有效的双各向异性S型异向介质。
本发明实施例提出的利用S型异向介质构造的电磁波极化旋转器，其基本结构单元是在S型异向介质结构单元上进行巧妙的改进，在保持了其原有的负通带特性的基础上，使在介质中传播的电场和磁场产生耦合，其原理为：在与S型异向介质所在的平面相垂直的方向上，电场(磁场)可以激发出相同方向上的磁场(电场)，从而使经过异向介质中的电磁波极化方向得到旋转。
采用在S型单元上下两对横臂上钻孔、并在孔的内表面镀金属膜的技术，使原来存在于S型单元上下两对横臂上的等效电容消失，从而电流在相应的电场或磁场作用下可以从基板一面流到另一面，于是电场作用下的电流可以在S环路里产生相应的磁场，而磁场作用下的电流又可以形成基板两面的电荷累积，从而产生电位移。
双各向异性S型异向介质结构单元按周期方式在介质基板平面内(正反两面)各自按两个方向上排列展开，即每个单元间的距离相等；又将这些可发生电磁耦合的介质板材料按照一定的周期沿基板的垂线方向排列，即各介质基板之间的间距相等，这样即可形成一整块有效的双各向异性S型异向介质，当电磁波沿着与基板平面平行的方向在此异向介质中传播时，其极化将被旋转。
图2为本发明实施例提供的双各向异性S型异向介质结构单元的结构示意图。参照图2，S形状的金属条21印刷在FR4介质板22的正反两面。由于S型单元上下两对横臂被短路，整个谐振单元中的等效电容只剩下中间一对横臂所夹缝隙提供的等效电容。
图3为本发明实施例提供的双各向异性S型异向介质结构单元的等效电路示意图。参照图3，C是存在于S型异向介质结构单元中间一对横臂上的等效电容，因此等效电路中总的电容大小为C/2；L是每半个S型异向介质结构单元的等效电感，L和C共同决定着双各向异性S型异向介质结构单元的磁谐振频率。此频率也是物质本构关系中，电磁耦合参量的谐振频率，即为此双各向异性S型异向介质结构单元产生交叉极化波的中心工作频率。
图4a为本发明实施例提供的双各向异性S型异向介质结构单元按周期在介质基板双面各自按水平方向(x)和垂直方向(y)排列的结构示意图。图4b为本发明实施例提供的已经含有了双各向异性S型异向介质结构单元的介质板材料再按照一定的周期(pz)沿基板的垂线方向(z)排列的结构示意图。参照图4b，双各向异性S型异向介质结构单元的介质板材料再按照一定的周期(pz)沿基板的垂线方向(z)排列即可形成一整块有效的双各向异性S型异向介质。
图5为本发明实施例提供的双各向异性S型异向介质结构单元原理结构示意图。参照图5，电磁波沿x方法从空气入射到双各向异性S型异向介质内，或者电场E或者磁场H沿z方向极化。当电磁波再次从双各向异性S型异向介质出射到空气中时，原先的电场E沿z方向极化的电磁波被旋转为电场E沿y方向极化，同理原先的磁场H沿z方向极化的电磁波被旋转为磁场H沿y方向极化，电磁波传播方向不变。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，其特征在于，包括：
在介质基板上每个S型单元上下两对横臂上钻孔，并在孔的内表面镀金属膜，构成双各向异性的S型异向介质结构单元；
将所述S型异向介质结构单元按周期在介质基板双面各自按垂直于介质基板和平行于介质基板方向上排列展开，在垂直与介质基板的方向上发生电磁耦合；
将发生电磁耦合的介质基板按照周期沿所述介质基板的垂线方向排列，形成整块有效的双各向异性S型异向介质。
2.如权利要求1所述的利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，其特征在于，每个双各向异性的S型异向介质结构单元间的距离相等。
3.如权利要求1所述的利用S型异向介质材料构造电磁波极化旋转器的方法，其特征在于，各个发生电磁耦合的介质基板之间的间距相等。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102480058A (zh) * 2011-03-31 2012-05-30 深圳光启高等理工研究院 一种基于超材料的去极化器
CN102790285A (zh) * 2011-05-18 2012-11-21 深圳光启高等理工研究院 线极化波收发装置

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Title
程响响: ""异向介质的表征、双各向异性及应用研究"", 《中国博士学位论文全文数据库基础科学辑》 *

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