CN115020989B - 一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元及阵列 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元及阵列。所述手性超材料单元包括手性超材料层和馈电结构层；所述手性超材料层包括第一介质基板和相对设置在所述第一介质基板两侧的第一金属层和第二金属层；所述第一金属层包括两个“I”形的第一金属贴片；所述第二金属层包括两个“I”形的第二金属贴片和对称设置在每一所述第二金属贴片上的两个PIN二极管；两个所述第一金属贴片绕其中心逆时针旋转35°与两个所述第二金属贴片重叠。本申请的工作频率动态可调，并且在同一工作频率上即可实现多重极化转化调控，解决了传统手性超材料无法在单频点生成多种极化转化的问题，此外，整体结构简单且易于加工，具有良好的应用前景。

Description

一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元及阵列
技术领域
本申请涉及电磁波控制技术领域，特别是一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元及阵列。
背景技术
自然界中，手性无处不在，若一个物体通过平移、旋转操作无法与其镜像重合，则称其为“手性的”。手性材料是应用手性结构制作出来的人工合成材料。由于电磁交叉耦合的存在，对于不同的入射波，手性材料会产生不同的折射率。因而，如果材料的手性参数足够强，其中的一束圆极化波的折射率就有可能变为负值。2004年，Pendry等人的设计，理论上证实了负折射率的存在，并引入了超材料的理念，这种负折射率超材料与之前的左手超材料不同，其负折射率是由手性来实现的，并不需要介电常数和磁导率都为负值，因此被称为“手性超材料”。由于手性超材料存在强大的电磁交叉耦合，使得某种极化状态的电磁波在介质中传播时，有一部分电磁波转换成与其极化状态相反（即X与Y极化之间互相转化，或者左旋与右旋圆极化之间互相转化）的电磁波。同理，电磁波从相反方向入射到介质上时，也会发生相对应的极化转换。这就使得人工手性结构往往具有针对固定极化电磁波的非对称传输特性。
但是，现有的手性超材料结构都存在着工作频段分散、极化功能单一、传输效率低、馈电系统复杂等问题，无法满足如天线和半导体等技术领域的器件制造的新要求。
发明内容
鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元及阵列，包括：
一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元，包括：手性超材料层和对所述手性超材料层馈电的馈电结构层；
所述手性超材料层包括第一介质基板和相对设置在所述第一介质基板两侧的第一金属层和第二金属层；所述第一金属层包括两个“I”形的第一金属贴片；两个所述第一金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；所述第二金属层包括两个“I”形的第二金属贴片和对称设置在每一所述第二金属贴片上的两个PIN二极管；两个所述第二金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；两个所述第一金属贴片绕其中心逆时针旋转35°与两个所述第二金属贴片在垂直于所述第一介质基板的方向上重叠；
在预设工作频率下，当圆极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述圆极化电磁波转换为线极化电磁波出射；
在所述预设工作频率下，当线极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述线极化电磁波转换为圆极化电磁波出射。
优选的，所述馈电结构层包括依次层叠设置的第二介质基板、第三金属层、第三介质基板、第四金属层、第四介质基板和第五金属层；所述第二介质基板与所述第二金属层的表面贴合；所述第三金属层包括两个条形的第三金属贴片；两个所述第三金属贴片互相平行；所述第四金属层包括两个条形的第四金属贴片；两个所述第四金属贴片互相平行；并且与任一所述第三金属贴片垂直；所述第五金属层包括一个条形的第五金属贴片；所述第五金属贴片与任一所述第三金属贴片垂直；所述第三金属贴片、所述第四金属贴片和所述第五金属贴片分别与所述第二金属贴片的端部通过导电柱连接。
优选的，还包括控制所述手性超材料单元通断的外接电路；所述外接电路包括电压源和串联电阻；所述电压源的一端与所述馈电结构层连接，另一端与所述串联电阻的端部连接；所述串联电阻的另一端与所述馈电结构层连接。
优选的，所述第一介质基板的边长为20mm，厚度为0.8mm；所述第一介质基板的介电常数为3.66。
优选的，所述第二介质基板、所述第三介质基板和所述第四介质基板的边长分别为20mm，厚度分别为0.4mm；所述第二介质基板、所述第三介质基板和所述第四介质基板的介电常数分别为3.66。
优选的，所述第一金属贴片和所述第二金属贴片的长度分别为15mm，线宽分别为1mm，臂长分别为6.8mm。
优选的，所述第三金属贴片、所述第四金属贴片和所述第五金属贴片的长度分别为20mm，宽度分别为0.3mm。
优选的，所述PIN二极管的低电平朝向所述第二金属贴片的中心。
优选的，所述PIN二极管的等效断开电容为0.02pF，等效串联电感为0.5nH。
一种可调谐线圆极化转换的手性超材料阵列，包括：若干如上述任一项所述的手性超材料单元；若干所述手性超材料单元周期性排列在与所述圆极化电磁波或所述线极化电磁波入射方向垂直的平面上。
本申请具有以下优点：
在本申请的实施例中，通过手性超材料层和对所述手性超材料层馈电的馈电结构层；所述手性超材料层包括第一介质基板和相对设置在所述第一介质基板两侧的第一金属层和第二金属层；所述第一金属层包括两个“I”形的第一金属贴片；两个所述第一金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；所述第二金属层包括两个“I”形的第二金属贴片和对称设置在每一所述第二金属贴片上的两个PIN二极管；两个所述第二金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；两个所述第一金属贴片绕其中心逆时针旋转35°与两个所述第二金属贴片在垂直于所述第一介质基板的方向上重叠；在预设工作频率下，当圆极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述圆极化电磁波转换为线极化电磁波出射；在所述预设工作频率下，当线极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述线极化电磁波转换为圆极化电磁波出射，在同一工作频率上实现了多重极化转化调控，解决了传统手性超材料无法在单频点生成多种极化转化的问题；所述手性超材料层采用双层“I”形交叉金属贴片结构，经过电磁波的激发，金属贴片的表面形成平行电场和表面电流，双层金属贴片共振耦合，产生较强的手性特性，相较于单层结构可以获得更好的传输效率，使得传输效率在25%-46%之间；所述第二金属层上设有所述PIN二极管，通过调整给予所述PIN二极管的电压大小控制金属贴片结构上的电流通断，可以实现快速高效控制，避免了传统机械控制的复杂和耗时等问题；此外，本申请整体结构简单、成本低、易于加工且集成度高，满足了多场景下的设计要求，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的一种手性超材料单元的结构示意图；
图2是本申请一实施例提供的一种手性超材料单元中第一金属层和第一介质基板的结构示意图；
图3是本申请一实施例提供的一种手性超材料单元中第二金属层和第二介质基板的结构示意图；
图4是本申请一实施例提供的一种手性超材料阵列的结构示意图；
图5是本申请一具体实施例提供的一种手性超材料阵列工作在微波频段的手性特性示意图；
图6是本申请一具体实施例提供的一种手性超材料阵列工作在3GHz的x线极化入射，左旋圆极化出射的传输曲线；
图7是本申请一具体实施例提供的一种手性超材料阵列工作在3GHz的x线极化入射，右旋圆极化出射的传输曲线；
图8是本申请一具体实施例提供的一种手性超材料阵列工作在3GHz的y线极化入射，右旋圆极化出射的传输曲线；
图9是本申请一具体实施例提供的一种手性超材料阵列工作在3GHz的y线极化入射，左旋圆极化出射的传输曲线。
说明书附图中的附图标记如下：
101、第一介质基板；102、第二介质基板；103、第三介质基板；104、第四介质基板；201、第一金属层；202、第二金属层；203、第三金属层；204、第四金属层；205、第五金属层；301、电压源；302、串联电阻。
具体实施方式
为使本申请的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例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作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。
需要说明的是，手性超材料是亚波长结构单元在二维平面上周期性排列形成的拓扑结构，通过对单元结构的设置优化，可以实现对电磁波的新颖调控，如非对称性传输、巨大的光学活性以及极化转化。与极化特性相关的手性超材料可以称为极化转换手性超材料。
旋光性是手性超材料的主要特征之一，表示入射的电磁波经过手性超材料后产生偏振旋转的特性。手性超材料的电磁波调控通常包含线极化和椭圆极化，椭圆度η和旋转角度θ是衡量椭圆极化程度的两个重要参数，
Figure 698101DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 778053DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 866094DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 24806DEST_PATH_IMAGE004
分别表示出射右旋极化波电场强度和左旋极化波电场强度。
参照图1-3，示出了本申请一实施例提供的一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元，包括：手性超材料层和对所述手性超材料层馈电的馈电结构层；
所述手性超材料层包括第一介质基板101和相对设置在所述第一介质基板101两侧的第一金属层201和第二金属层202；所述第一金属层201包括两个“I”形的第一金属贴片；两个所述第一金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；所述第二金属层202包括两个“I”形的第二金属贴片和对称设置在每一所述第二金属贴片上的两个PIN二极管；两个所述第二金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；两个所述第一金属贴片绕其中心逆时针旋转35°与两个所述第二金属贴片在垂直于所述第一介质基板101的方向上重叠；
在预设工作频率下，当圆极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述圆极化电磁波转换为线极化电磁波出射；
在所述预设工作频率下，当线极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述线极化电磁波转换为圆极化电磁波出射。
需要说明的是，所述圆极化电磁波可以是左旋极化电磁波和右旋极化电磁波中的任意一种，所述线极化电磁波可以是x极化电磁波和y极化电磁波中的任意一种，也即所述手性超材料单元可以实现由左旋极化电磁波或右旋极化电磁波到x极化电磁波或y极化电磁波的转换，同时可以实现由x极化电磁波或y极化电磁波到左旋极化电磁波或右旋极化电磁波的转换。
在本申请的实施例中，通过手性超材料层和对所述手性超材料层馈电的馈电结构层；所述手性超材料层包括第一介质基板101和相对设置在所述第一介质基板101两侧的第一金属层201和第二金属层202；所述第一金属层201包括两个“I”形的第一金属贴片；两个所述第一金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；所述第二金属层202包括两个“I”形的第二金属贴片和对称设置在每一所述第二金属贴片上的两个PIN二极管；两个所述第二金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；两个所述第一金属贴片绕其中心逆时针旋转35°与两个所述第二金属贴片在垂直于所述第一介质基板101的方向上重叠；在预设工作频率下，当圆极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述圆极化电磁波转换为线极化电磁波出射；在所述预设工作频率下，当线极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述线极化电磁波转换为圆极化电磁波出射，在同一工作频率上实现了多重极化转化调控，解决了传统手性超材料无法在单频点生成多种极化转化的问题；所述手性超材料层采用双层“I”形交叉金属贴片结构，经过电磁波的激发，金属贴片的表面形成平行电场和表面电流，双层金属贴片共振耦合，产生较强的手性特性，相较于单层结构可以获得更好的传输效率，使得传输效率在25%-46%之间；所述第二金属层202上设有所述PIN二极管，通过调整给予所述PIN二极管的电压大小控制金属贴片结构上的电流通断，可以实现快速高效控制，避免了传统机械控制的复杂和耗时等问题；此外，本申请整体结构简单、成本低、易于加工且集成度高，满足了多场景下的设计要求，具有良好的应用前景。
下面，将对本示例性实施例中一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元作进一步地说明。
本实施例中，所述馈电结构层包括依次层叠设置的第二介质基板102、第三金属层203、第三介质基板103、第四金属层204、第四介质基板104和第五金属层205；所述第二介质基板102与所述第二金属层202的表面贴合；所述第三金属层203包括两个条形的第三金属贴片；两个所述第三金属贴片互相平行；所述第四金属层204包括两个条形的第四金属贴片；两个所述第四金属贴片互相平行；并且与任一所述第三金属贴片垂直；所述第五金属层205包括一个条形的第五金属贴片；所述第五金属贴片与任一所述第三金属贴片垂直；所述第三金属贴片、所述第四金属贴片和所述第五金属贴片分别与所述第二金属贴片的端部通过导电柱连接。
具体的，两个所述第三金属贴片与所述第一金属贴片的长度或宽度方向平行。所述第二介质基板102、所述第三介质基板103和所述第四介质基板104的表面分别通过打孔形成有导电通孔；所述导电通孔的半径为0.1mm；各所述导电柱分别埋设在所述导电通孔内部。所述第三金属贴片、所述第四金属贴片和所述第五金属贴片分别通过所述导电柱与所述第二金属贴片的端部连接，实现馈电作用。
本实施例中，还包括控制所述手性超材料单元通断的外接电路；所述外接电路包括电压源301和串联电阻302；所述电压源301的一端与所述馈电结构层连接，另一端与所述串联电阻302的端部连接；所述串联电阻302的另一端与所述馈电结构层连接。所述外接电路用于为四个所述PIN二极管提供高电平，并控制其连通或断开。具体的，所述电压源301的正偏电压为1.2-1.5V；所述串联电阻302的阻值为110Ω。所述电压源301可以为所述PIN二极管两端提供的电压为0-1.2V，当所述PIN二极管两端的电压为1.2V时，所述PIN二极管连通；当所述PIN二极管两端的电压为0V时，所述PIN二极管断开。
本实施例中，所述第一介质基板101的边长为20mm，厚度为0.8mm；所述第一介质基板101的介电常数为3.66。具体的，所述第一介质基板101为正方体结构，其边长p1为20mm，厚度h1为0.8mm；所述第一介质基板101的材料为具有非磁性的微波介质材料，优选为Rogers RO4350B，其介电常数为3.66，损耗角正切值为0.0037。所述第一介质板的正切损耗角较小，有利于提升所述手性超材料单元的增益和辐射效率。
本实施例中，所述第二介质基板102、所述第三介质基板103和所述第四介质基板104的边长分别为20mm，厚度分别为0.4mm；所述第二介质基板102、所述第三介质基板103和所述第四介质基板104的介电常数分别为3.66。具体的，所述第二介质基板102、所述第三介质基板103和所述第四介质基板104分别为正方体结构，其边长p2分别为20mm，厚度h2分别为0.4mm；所述第二介质基板102、所述第三介质基板103和所述第四介质基板104的材料分别为具有非磁性的微波介质材料，优选为Rogers RO4350B，其介电常数为3.66，损耗角正切值为0.0037。所述第二介质基板102、所述第三介质基板103和所述第四介质基板104的正切损耗角较小，有利于提升所述手性超材料单元的增益和辐射效率。
本实施例中，所述第一金属贴片和所述第二金属贴片的长度分别为15mm，线宽分别为1mm，臂长分别为6.8mm。具体的，所述第一金属贴片和所述第二金属贴片的长度l1分别为15mm，线宽g分别为1mm，臂长f分别为6.8mm；所述第一金属贴片和所述第二金属贴片的材料分别为铜，其导电率为
Figure 489285DEST_PATH_IMAGE005
。
本实施例中，所述第三金属贴片、所述第四金属贴片和所述第五金属贴片的长度分别为20mm，宽度分别为0.3mm。具体的，所述第三金属贴片、所述第四金属贴片和所述第五金属贴片的长度l2分别为20mm，宽度w分别为0.3mm；所述第三金属贴片、所述第四金属贴片和所述第五金属贴片的材料分别为铜，其导电率为
Figure 158164DEST_PATH_IMAGE006
。
需要说明的是，本申请中所述手性超材料单元的尺寸小于入射电磁波波长的四分之一，以满足亚波长尺寸的要求。
本实施例中，所述PIN二极管的低电平朝向所述第二金属贴片的中心。具体的，四个所述PIN二极管的尺寸和型号相同，优选为MA4AGBLP912。任一所述第二金属贴片上的两个所述PIN二极管关于所述第二金属贴片在宽度方向上的对称轴对称分布，并且低电平分别朝向所述第二金属贴片的中心，以实现电流由所述第二金属贴片的端部流向所述第二金属贴片的中心。
本实施例中，所述PIN二极管的等效断开电容为0.02pF，等效串联电感为0.5nH。所述PIN二极管的等效电路为断开时与0.02pF的电感和0.5nH的电容串联，接通时与4.9Ω的电阻和30pH的电感的串联。
本实施例中，所述PIN二极管的长度为0.4mm，与所述第二金属贴片中心的距离为0.6mm。具体的，所述PIN二极管的长度b为0.4mm，与所述第二金属贴片中心的距离d为0.6mm。
参照图4，示出了本申请一实施例提供的一种可调谐线圆极化转换的手性超材料阵列，包括：若干如上述任一项所述的手性超材料单元；若干所述手性超材料单元周期性排列在与所述圆极化电磁波或所述线极化电磁波入射方向垂直的平面上。
在一具体实现中，所述手性超材料阵列包括10×10的所述手性超材料单元。
所述手性超材料阵列的手性特性如图5所示，在2.07GHz的工作频率下，经过所述手性超材料阵列的电磁波以右旋极化波出射，椭圆度为5.96°，旋转角度为-0.13°；在3.86GHz的工作频率下，经过所述手性超材料阵列的电磁波以左旋极化波出射，椭圆度为-15.67°，旋转角度为-0.11°；在3GHz的工作频率下，经过所述手性超材料阵列的电磁波表现出强光学活性，椭圆度为0°，即出射波为线极化，实现了将入射的左旋/右旋极化波转化为线极化出射的功能，并且传输效率约为35.28%。
为便于区分，将四个所述PIN二极管分别命名为PINI、PINII、PINIII和PINIV。当PINI和PINIII两端给予零偏电压，即处于断开状态，PINII和PINIV两端给予正偏电压，即处于连通状态时，所述第一金属层201的表面电流主要耦合到第二金属层202中PINII和PINIV所在的第二金属贴片上，产生了强烈的极化特性。如图6所示，在3GHz的工作频率下，入射的x极化波经过所述手性超材料阵列后主要以左旋极化波出射，传输效率约为44.89%，椭圆度为-7.31°，旋转角度为-15.34°；如图7所示，在3GHz的工作频率下，入射的y极化波经过所述手性超材料阵列后主要以右旋极化波出射，传输效率为25%，椭圆度为26.09°，旋转角度为19.36°。
当PINII和PINIV两端给予零偏电压，即处于断开状态，PINI和PINIII V两端给予正偏电压，即处于连通状态时，所述第一金属层201的表面电流主要耦合到第二金属层202中PINII和PINIV所在的第二金属贴片上，产生了强烈的极化特性。如图8所示，在3GHz的工作频率下，入射的x极化波经过所述手性超材料阵列后主要以右旋极化波的形式出射，传输效率约为45.4%，椭圆度为7.65°，旋转角度为14.23°；如图9所示，在3GHz的工作频率下，入射的y极化波经过所述手性超材料阵列后主要以左旋极化波出射，传输效率为25%，椭圆度为-24.8°，旋转角度为-18.82°。
综上所述，通过引入所述PIN二极管到所述手性超材料单元的设计中，相较于传统的手性超材料，具有手性特性明显、传输效率不低、结构简单和易于加工等诸多优点；同时，利用偏置电压的控制实现所述手性超材料单元对电磁波的精准调控，可以在不引入复杂馈电网络的前提下，在同一工作频率调控电磁波进行极化转化，包含对入射的圆极化波进行线极化转化，以及对入射的线极化波进行左旋/右旋圆极化转化，并且有效改善传输效率。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元及阵列，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种可调谐线圆极化转换的手性超材料单元，其特征在于，包括：手性超材料层和对所述手性超材料层馈电的馈电结构层；
所述手性超材料层包括第一介质基板和相对设置在所述第一介质基板两侧的第一金属层和第二金属层；所述第一金属层包括两个“I”形的第一金属贴片；两个所述第一金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；所述第二金属层包括两个“I”形的第二金属贴片和对称设置在每一所述第二金属贴片上的两个PIN二极管；两个所述第二金属贴片的中心重合并且在长度方向上互相垂直；两个所述第一金属贴片绕其中心逆时针旋转35°与两个所述第二金属贴片在垂直于所述第一介质基板的方向上重叠；
所述馈电结构层包括依次层叠设置的第二介质基板、第三金属层、第三介质基板、第四金属层、第四介质基板和第五金属层；所述第二介质基板与所述第二金属层的表面贴合；所述第三金属层包括两个条形的第三金属贴片；两个所述第三金属贴片互相平行；所述第四金属层包括两个条形的第四金属贴片；两个所述第四金属贴片互相平行；并且与任一所述第三金属贴片垂直；所述第五金属层包括一个条形的第五金属贴片；所述第五金属贴片与任一所述第三金属贴片垂直；所述第三金属贴片、所述第四金属贴片和所述第五金属贴片分别与所述第二金属贴片的端部通过导电柱连接；
在3GHz的工作频率下，当圆极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述圆极化电磁波转换为线极化电磁波出射；
在3GHz的工作频率下，当线极化电磁波入射所述手性超材料单元时，所述手性超材料单元将所述线极化电磁波转换为圆极化电磁波出射。
2.根据权利要求1所述的手性超材料单元，其特征在于，还包括控制所述手性超材料单元通断的外接电路；所述外接电路包括电压源和串联电阻；所述电压源的一端与所述馈电结构层连接，另一端与所述串联电阻的端部连接；所述串联电阻的另一端与所述馈电结构层连接。
3.根据权利要求1所述的手性超材料单元，其特征在于，所述第一介质基板的边长为20mm，厚度为0.8mm；所述第一介质基板的介电常数为3.66。
4.根据权利要求1所述的手性超材料单元，其特征在于，所述第二介质基板、所述第三介质基板和所述第四介质基板的边长分别为20mm，厚度分别为0.4mm；所述第二介质基板、所述第三介质基板和所述第四介质基板的介电常数分别为3.66。
5.根据权利要求1所述的手性超材料单元，其特征在于，所述第一金属贴片和所述第二金属贴片的长度分别为15mm，线宽分别为1mm，臂长分别为6.8mm。
6.根据权利要求1所述的手性超材料单元，其特征在于，所述第三金属贴片、所述第四金属贴片和所述第五金属贴片的长度分别为20mm，宽度分别为0.3mm。
7.根据权利要求1所述的手性超材料单元，其特征在于，所述PIN二极管的低电平朝向所述第二金属贴片的中心。
8.根据权利要求1所述的手性超材料单元，其特征在于，所述PIN二极管的等效断开电容为0.02pF，等效串联电感为0.5nH。
9.一种可调谐线圆极化转换的手性超材料阵列，其特征在于，包括：若干如权利要求1-8任一项所述的手性超材料单元；若干所述手性超材料单元周期性排列在与所述圆极化电磁波或所述线极化电磁波入射方向垂直的平面上。
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