CN111200190A - 一种电磁波极化及滤波系统及方法 - Google Patents

一种电磁波极化及滤波系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种电磁波极化及滤波系统及方法，其中，所述电磁波极化及滤波系统由一导体板和贯穿所述导电板的多个矩形孔构成，结构简单且制备难度较低；所述电磁波极化及滤波系统能够同时实现对入射角度小于第一预设值的电磁波的极化和滤波处理，实现根据不同需求获得预设频率和预设极化方向的电磁波的目的。并且通过在水平面内旋转所述导体板即可实现出射的电磁波的极化方向的改变，利用所述电磁波极化及滤波系统实现电磁波的滤波和极化相较于现有技术中利用滤波器和极化器实现电磁波的滤波和极化的方式，实现起来更加容易，操作更加便捷。

Description

一种电磁波极化及滤波系统及方法
技术领域
本申请涉及电磁技术领域，更具体地说，涉及一种电磁波极化及滤波系 统及方法。
背景技术
频率和极化方向是电磁波的两个最基本的属性，在实际应用过程中通常 需要根据特定的应用场景来选择特定频率和特定极化方向的电磁波，这就是 滤波器和极化器产生的原因。但现有技术中的滤波器和极化器的结构较为复 杂，滤波和极化一般不能同时实现。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种电磁波极化及滤波系统及方法， 以实现降低电磁波极化及滤波系统的结构复杂程度，降低其制备难度的目的。
为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种电磁波极化及滤波系统，包括：
导体板，所述导体板包括相对的入射面和出射面，以及贯穿所述导体板 的多个矩形孔，多个所述矩形孔呈阵列排布；
所述入射面用于接收入射角度小于第一预设值的电磁波入射，以使预设 频率和预设极化方向的电磁波从所述出射面出射；所述入射角度为入射的电 磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。
可选的，所述导体板为矩形金属板；
所述矩形金属板的入射面表面和所述出射面表面均为第一矩形形状，所 述第一矩形形状由两条平行的第一边和两条平行的第二边构成，所述第一边 与所述第二边垂直；
所述第一边的延伸方向为第一预设方向；
所述矩形孔在平行于所述入射面上的截面形状为第二矩形形状，所述第 二矩形形状由两条平行的第三边和两条平行的第四边构成，所述第三边与所 述第四边垂直，所述第三边的长度大于所述第四边的长度。
可选的，所述第三边的长度与所述第四边的长度的比值大于或等于10；
所述第四边的长度小于入射的电磁波的波长的十分之一。
可选的，多个所述矩形孔构成多个矩形单元，每个所述矩形单元中包括 多个沿第二预设方向排列的矩形孔；
多个所述矩形单元沿第一预设方向排列；
所述第二预设方向与所述第一预设方向垂直。
可选的，相邻所述矩形单元之间在第一预设方向上的间距大于十倍所述 第四边的长度；
相邻所述矩形单元之间在第二预设方向上的间距大于十倍所述第四边的 长度。
可选的，所述第一预设值的取值范围为70°-80°。
一种电磁波极化及滤波方法，包括：
提供电磁波极化及滤波系统，所述电磁波极化及滤波系统为上述任一项 所述的电磁波极化及滤波系统；
将待处理电磁波以预设角度为入射角向所述电磁波极化及滤波系统的入 射面入射，以获得预设频率和预设极化方向的电磁波；所述入射角度为入射 的电磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。
可选的，所述将待处理电磁波以预设角度为入射角向所述电磁波极化及 滤波系统的入射面入射，以获得预设频率和预设极化方向的电磁波包括：
将待处理电磁波垂直入射所述电磁波极化及滤波系统的入射面，以获得 预设频率和预设极化方向的电磁波。
从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种电磁波极化及滤波 系统及方法，其中，所述电磁波极化及滤波系统由一导体板和贯穿所述导电 板的多个矩形孔构成，结构简单且制备难度较低；所述电磁波极化及滤波系 统能够同时实现对入射角度小于第一预设值的电磁波的极化和滤波处理，实 现根据不同需求获得预设频率和预设极化方向的电磁波的目的。
并且通过在水平面内旋转所述导体板即可实现出射的电磁波的极化方向 的改变，利用所述电磁波极化及滤波系统实现电磁波的滤波和极化相较于现 有技术中利用滤波器和极化器实现电磁波的滤波和极化的方式，实现起来更 加容易，操作更加便捷。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请的一个实施例提供的一种电磁波极化及滤波系统的俯视结 构示意图；
图2为图1中沿AA’线的剖面结构示意图；
图3为本申请的另一个实施例提供的一种电磁波极化及滤波系统的俯视 结构示意图；
图4为本申请的一个实施例提供的一种出射电磁波的电场方向示意图；
图5为本申请的另一个实施例提供的一种出射电磁波的电场方向示意图；
图6为本申请的又一个实施例提供的一种出射电磁波的电场方向示意图；
图7为本申请的再一个实施例提供的一种出射电磁波的电场方向示意图；
图8为本申请的一个实施例提供的一种电磁波极化及滤波系统的出射电 磁波的频谱图；
图9为本申请的一个实施例提供的一种电磁波极化及滤波方法的流程示 意图；
图10为本申请的另一个实施例提供的一种电磁波极化及滤波方法的流程 示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种电磁波极化及滤波系统，参考图1和图2，图1为 所述电磁波极化及滤波系统的俯视结构示意图，图2为图1中沿AA’线的剖面 结构示意图，所述电磁波极化及滤波系统包括：
导体板10，所述导体板10包括相对的入射面11和出射面12，贯穿所述 导体板10的多个矩形孔20，多个所述矩形孔20呈阵列排布；
所述入射面11用于接收入射角度小于第一预设值的电磁波入射，以使预 设频率和预设极化方向的电磁波从所述出射面12出射；所述入射角度为入射 的电磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。
在本申请实施例提供的附图中的坐标系，均是以出射面12指向入射面11 为X轴正向建立的右手坐标系。所述矩形孔20从所述入射面11到所述出射 面12贯穿所述导体板，即所述矩形孔20的深度延伸方向平行于X轴。
在实际应用过程中，当电磁波入射到所述入射面11时，会在各个所述矩 形孔20中激发出一系列特定的谐振模式，这些谐振模式的频率可以由以下方 程表示：
Figure BDA0001868495220000041
其中，f表示谐振模式的谐振频率，c表示真空中的光 速，h和w分别表示所述矩形孔20的深度和长边的宽度，m为正整数，l是非 负整数。只有频率与谐振频率一致(即满足上述方程)的电磁波可以透过所 述导体板10，其他频率则被阻挡，从而实现滤波的目的。
另外，谐振模式存在特定的场结构：只存在垂直于所述矩形孔20的长边 的电场。从所述出射面12出射的电磁波也只能存在该方向上的电场，从而实 现了电磁波的极化。
并且通过在水平面内旋转所述导体板10即可实现出射的电磁波的极化方 向的改变，利用所述电磁波极化及滤波系统实现电磁波的滤波和极化相较于 现有技术中利用滤波器和极化器实现电磁波的滤波和极化的方式，实现起来 更加容易，操作更加便捷。
可选的，所述导体板10可以为矩形金属板，此外，所述导体板10还可 以为其他良导体板，参考图3，图3为所述导体板10的俯视结构示意图，所 述矩形金属板的入射面11表面和所述出射面12表面均为第一矩形形状，所 述第一矩形形状由两条平行的第一边B1和两条平行的第二边B2构成，所述 第一边B1与所述第二边B2垂直；
所述第一边B1的延伸方向为第一预设方向；
所述矩形孔20在平行于所述入射面11上的截面形状为第二矩形形状， 所述第二矩形形状由两条平行的第三边B3和两条平行的第四边B4构成，所 述第三边B3与所述第四边B4垂直，所述第三边B3的长度大于所述第四边 B4的长度。
可选的，所述第一边B1可以为所述矩形金属板的长边的延伸方向，即以 图3为例，所述第一边B1的延伸方向平行于Y轴方向，因此所述第一预设方 向也平行于所述Y轴方向。
相应的，在图3中，所述第三边B3为所述矩形孔20的长边方向。
当所述矩形金属板在水平面上沿某一点为旋转中心旋转时，可以得到不 同的预设极化方向。
例如，参考图5，当第一预设方向与图1中z轴的夹角为0°时，所述预设 极化方向为图1中z轴方向；
参考图6，当第一预设方向与图1中z轴的夹角为30°时，所述预设极 化方向与图1中z轴的夹角为30°；
参考图7，当第一预设方向与图1中z轴的夹角为60°时，所述预设极 化方向与图1中z轴的夹角为60°；
参考图8，当第一预设方向与图1中z轴的夹角为90°时，所述预设极化方 向与图1中z轴的夹角为90°。
为了能够更好地起到滤波和极化的作用，需要对矩形孔20的尺寸和多个 矩形孔20的排列方式进行限定，可选的，所述第三边B3的长度与所述第四 边B4的长度的比值大于或等于10；
所述第四边B4的长度小于入射的电磁波的波长的十分之一。
多个所述矩形孔20构成多个矩形单元，每个所述矩形单元中包括多个沿 第二预设方向排列的矩形孔20；
多个所述矩形单元沿第一预设方向排列；
所述第二预设方向与所述第一预设方向垂直。
相邻所述矩形单元之间在第一预设方向上的间距大于十倍所述第四边B4 的长度；
相邻所述矩形单元之间在第二预设方向上的间距大于十倍所述第四边B4 的长度。
可选的，所述第一预设值的取值范围为70°-80°，即在电磁波在入射面 11的入射角过大时，可能会出现出射的电磁波的能量过小的情况。优选地， 所述电磁波以垂直所述入射面11的方式入射。
下面以仿真的方式对本申请的一个具体实施例提供的电磁波极化及滤波 系统进行性能验证，在本实施例中，所述矩形金属板的厚度为0.6mm，即所述 矩形孔20的深度为0.6mm；多个矩形孔20以阵列的方式排布，且矩形孔20第三 边B3(即长边)的尺寸为0.5mm，矩形孔20第四边B4(即短边)尺寸为0.05mm， 相邻矩形单元之间在第一预设方向上的间距均为0.55mm，相邻矩形单元之间 在第二预设方向上的间距均为0.7mm。入射的电磁波以垂直所述入射面11的方 式入射，从所述出射面12得到的出射的电磁波的频谱图参考图9，从图9中可 以看出，出射的电磁波中只有三个频率(分别为0.3THz、0.37THz和0.52THz) 存在，即实现了滤波。
下面对本申请实施例提供的电磁波极化及滤波方法进行描述，下文描述 的电磁波极化及滤波方法可与上文描述的电磁波极化及滤波系统相互对应参 照。
相应的，本申请实施例还提供了一种电磁波极化及滤波方法，如图10所 示，包括：
S101：提供电磁波极化及滤波系统，所述电磁波极化及滤波系统为上述 任一实施例所述的电磁波极化及滤波系统；
S102：将待处理电磁波以预设角度为入射角向所述电磁波极化及滤波系 统的入射面入射，以获得预设频率和预设极化方向的电磁波；所述入射角度 为入射的电磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。
可选的，所述电磁波极化及滤波方法包括：
S201：提供电磁波极化及滤波系统，所述电磁波极化及滤波系统为上述 任一实施例所述的电磁波极化及滤波系统；
S202：将待处理电磁波垂直入射所述电磁波极化及滤波系统的入射面， 以获得预设频率和预设极化方向的电磁波。
综上所述，本申请实施例提供了一种电磁波极化及滤波系统及方法，其 中，所述电磁波极化及滤波系统由一导体板和贯穿所述导电板的多个矩形孔 构成，结构简单且制备难度较低；所述电磁波极化及滤波系统能够同时实现 对入射角度小于第一预设值的电磁波的极化和滤波处理，实现根据不同需求 获得预设频率和预设极化方向的电磁波的目的。
并且通过在水平面内旋转所述导体板即可实现出射的电磁波的极化方向 的改变，利用所述电磁波极化及滤波系统实现电磁波的滤波和极化相较于现 有技术中利用滤波器和极化器实现电磁波的滤波和极化的方式，实现起来更 加容易，操作更加便捷。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电磁波极化及滤波系统，其特征在于，包括：
导体板，所述导体板包括相对的入射面和出射面，以及贯穿所述导体板的多个矩形孔，多个所述矩形孔呈阵列排布；
所述入射面用于接收入射角度小于第一预设值的电磁波入射，以使预设频率和预设极化方向的电磁波从所述出射面出射；所述入射角度为入射的电磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导体板为矩形金属板；
所述矩形金属板的入射面表面和所述出射面表面均为第一矩形形状，所述第一矩形形状由两条平行的第一边和两条平行的第二边构成，所述第一边与所述第二边垂直；
所述第一边的延伸方向为第一预设方向；
所述矩形孔在平行于所述入射面上的截面形状为第二矩形形状，所述第二矩形形状由两条平行的第三边和两条平行的第四边构成，所述第三边与所述第四边垂直，所述第三边的长度大于所述第四边的长度。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第三边的长度与所述第四边的长度的比值大于或等于10；
所述第四边的长度小于入射的电磁波的波长的十分之一。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，多个所述矩形孔构成多个矩形单元，每个所述矩形单元中包括多个沿第二预设方向排列的矩形孔；
多个所述矩形单元沿第一预设方向排列；
所述第二预设方向与所述第一预设方向垂直。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，相邻所述矩形单元之间在第一预设方向上的间距大于十倍所述第四边的长度；
相邻所述矩形单元之间在第二预设方向上的间距大于十倍所述第四边的长度。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一预设值的取值范围为70°-80°。
7.一种电磁波极化及滤波方法，其特征在于，包括：
提供电磁波极化及滤波系统，所述电磁波极化及滤波系统为权利要求1-6任一项所述的电磁波极化及滤波系统；
将待处理电磁波以预设角度为入射角向所述电磁波极化及滤波系统的入射面入射，以获得预设频率和预设极化方向的电磁波；所述入射角度为入射的电磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将待处理电磁波以预设角度为入射角向所述电磁波极化及滤波系统的入射面入射，以获得预设频率和预设极化方向的电磁波包括：
将待处理电磁波垂直入射所述电磁波极化及滤波系统的入射面，以获得预设频率和预设极化方向的电磁波。
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