CN115579645A - 一种具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，涉及微波频段电磁波调控技术领域。该电磁超材料透明窗口包括：顶层介质基板、夹层金属涂层和底层介质基板组成，金属涂层包括正交金属十字光栅以及一个“C“型粒子。本发明通过合理的设计夹层金属涂层的结构尺寸，针对水平以及垂直极化电磁波引入多种不同的传输模式，满足不同频段处的阻抗匹配条件，从而使两种极化下的电磁波均可以高效透射；本发明设计的电磁超材料透明窗口具有极化不敏感、宽带、宽角域、小型化、低成本等优势，在雷达罩、成像、通讯系统以及军事隐身等领域有着广泛的应用前景。

Description

一种具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口

技术领域

本发明涉及微波频段电磁波调控技术领域，特别涉及一种具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口。

背景技术

电磁增透，亦电磁减反，是指减少或者消除电磁波穿过不同介质分界面时的反射波，提高透过率；电磁增透是在微波以及光学应用领域中研究十分广泛的分支。

随着雷达探测以及无线通信技术领域的快速发展，带宽和角域越来越成为人们迫切追求的目标，然而，现有的电磁增透技术往往是限制在有限的范围内。在许多应用场景中，无论是带宽的横向延伸还是入射角度的纵向拓展，对于垂直极化电磁波还是水平极化电磁波而言，电磁波从空气经由电介质的透过率将会急剧下降，严重限制应用设备的性能发挥。传统的增透方法包括单层1/4波长增透膜以及多层增透膜。然而，这些方法需要满足特定的增透膜厚度以及折射率的要求。尤其对于多层增透膜而言，每层膜所需基底材料的折射率均不相同，这将很难找到的天然的增透膜材料满足折射率匹配的条件。经过科研人员的努力，提出的频率选择表面，可以得到相应的折射率满足增透膜的匹配条件，但是高效的透过率仍然局限于入射角小于70度的范围。

超表面(Metasurface)是由亚波长结构单元二维阵列构成的平面，是对超材料研究的延伸和拓展。通过产生不同反射或者透射“相位突变”的超材料结构单元的空间组合，实现对反射、透射电磁波传播方向、相位、极化、传播模式等特性的调控。相比于传统材料，由于其独特的电磁性能，超表面在电磁增透方面具有极高的研究价值。尽管目前一些基于超表面的等效电路模型，干涉相消机制以及广义阻抗匹配理论相继被报道，但是在工程应用中，这些减反超表面仍然受限制于较窄的角域，带宽以及复杂结构等。

如今，许多研究表明，通过改变超表面的亚波长单元结构及其组合方式，能够实现对电磁波的透射幅值调控，成为当下的研究热点。因此，亟需要构造一款结构简单，体积较小以及具有宽带宽角域特性的电磁透明窗口。

发明内容

本发明实施例提供一种具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，可以解决现有技术中存在减反超表面仍然受限制于较窄的角域，带宽以及复杂结构的问题。

本发明实施例提供一种具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，包括：依次设置的顶层介质基板、夹层金属涂层和底层介质基板；

所述夹层金属涂层呈周期性组合排布，且沿X方向与沿Y方向周期不相等；其包括：沿X/Y轴分布的双连续正交金属十字光栅和沿XOY面分布的“C”型金属粒子；

所述金属十字光栅，其沿X轴和Y轴方向的间距不同、宽度相同，且两沿X/Y方向分布的金属十字光栅呈中心对称方式排布；

所述“C”型金属粒子，其开口方向沿同一X轴方向，且具有Y轴不对称性；

其中，通过调节所述夹层金属涂层的周期，所述金属十字光栅沿X轴和Y轴方向的间距、宽度，及所述“C”型金属粒子的尺寸，并针对TE极化电磁波和TM极化电磁波引入多种不同的传输模式，且满足不同频段处的阻抗匹配条件，使TE极化电磁波和TM极化电磁波输入时公共传输带宽在广角域范围内最大化、以实现TE极化电磁波和TM极化电磁波增透。

进一步地，所述透明窗口包括：在同一平面内周期性排列的多个超表面单元，每个超表面单元包含上层介质基板、正交金属光栅、“C”型金属粒子和下介质基板，属于介质-金属-介质夹层型结构；

其中，在竖直方向超表面单元数量与水平方向超表面单元数量不一致。

进一步地，所述顶层介质基板、所述夹层金属涂层和所述底层介质基板中心位于同一条垂直线上。

进一步地，所述金属十字光栅沿X轴和Y轴方向的间距分别为：a₂＝3.3mm和b₂＝4.4mm；所述金属十字光栅宽度为w₁＝0.2mm。

进一步地，所述“C”型金属粒子的尺寸为：总长度a₁＝2mm，总宽度b₁＝2.2mm，外长度l₁＝0.7mm，内长度l₂＝0.6mm，外高度g₁＝0.6mm，以及内高度g₂＝0.8mm。

进一步地，

所述金属十字光栅的材质为铜，其覆铜厚度均为20μm；

所述顶层介质基板和所述底层介质基板的材质均为FSD系列陶瓷基复合材料，型号为FSD320N，介电常数为3.2，损耗角正切为0.002；所述顶层介质基板和所述底层介质基板的厚度为h1＝h2＝3mm。

进一步地，所述窗口的工作频段为X，Ku，Ka波段；整体尺寸为1188mm*478.5mm。

进一步地，所述宽带范围为16.2-18.15GHz，所述宽角域范围为[0°,80°]

本发明实施例提供一种具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，与现有技术相比，其有益效果如下：

本发明提供一种极化不敏感、透射率高的具有宽带宽角域特性的电磁超材料透明窗口，该电磁透明窗口通过加载夹层金属涂层(包括正交金属光栅和“C”型金属粒子)并结合几何参数设计优化，综合利用多种谐振协同作用，使两种极化电磁波的公共传输带宽在广角域范围内最大化，同时保持高度的带外隔离度，从而克服了传统的电磁增透器件的透射效率低、极化敏感、厚度厚，带宽以及角域窄等特点，能够实现双极化大角度入射条件下的高效透过率，除此之外，还具有结构简单、易加工、便于集成等特点。即本发明通过合理的设计夹层金属涂层的结构尺寸，针对水平以及垂直极化电磁波引入多种不同的传输模式，满足不同频段处的阻抗匹配条件，从而使两种极化下的电磁波均可以高效透射。本发明设计的电磁超材料透明窗口具有极化不敏感、宽带、宽角域、小型化、低成本等优势，在雷达罩、成像、通讯系统以及军事隐身等领域有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的基本结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的一个超表面单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的纯陶瓷基复合材料基板的半波壁处工作机理及仿真结果；

图4为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的一个超表面单元的设计流程及等效电动力学模型；

图5为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的TE极化仿真结果；

图6为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的TM极化仿真结果；

图7为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的表面电流分布；

图8为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的等效电磁参数；

图9为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的样品加工实物图；

图10为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的实际测试环境；

图11为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的TE极化测试结果；

图12为本发明实施例提供的电磁超材料透明窗口的TM极化测试结果。

附图标记说明：

1-上层介质基板；2-夹层金属涂层；2-1-沿X/Y轴分布的正交金属十字光栅；2-2-沿XOY面分布的“C”型金属粒子；3-底层介质基板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

实施例1：

本发明实施例提供一种极化不敏感、透射率高的具有宽带宽角域特性的电磁超材料透明窗口，该窗口包括：

由顶层介质基板1、夹层金属涂层2和底层介质基板3构成，夹层金属采用周期性组合排布方式，夹层金属涂层2，由沿X/Y轴分布的双连续金属十字光栅2-1和沿XOY面分布的“C”型金属粒子2-2构成；沿X/Y轴分布的双连续金属十字光栅2-1的间距不同，宽度相同；沿XOY面分布的“C”型金属粒子2-2开口方向沿+X轴方向。

上述具有宽带宽角域特性的电磁超材料透明窗口，包括在同一平面内周期性排列的多个超表面单元。每个超表面单元包含上层的陶瓷基复合材料基板，中间层的正交金属光栅及“C”型金属粒子和下层的陶瓷基复合材料基板，属于介质-金属-介质夹层型设计方案。超单元的上介质基板，夹层金属涂层以及底层介质基板中心位于同一条垂直线上。

其中，相邻两沿X或者Y方向分布的条状金属光栅呈中心对称方式排布；沿+X轴方向开口的“C”型金属粒子具有Y轴不对称性。

本实施例中，顶层介质基板1和底层介质基板3的材质，厚度均相同。金属均为铜箔，介质基板均为FSD系列陶瓷基复合材料，具体型号为FSD320N，介电常数为3.2，损耗角正切为0.002，所述的电磁增透超表面，在竖直方向单元的数量与水平方向单元的数量不一致。

如图1所示，本发明提供的电磁超材料透明窗口，工作频段为X，Ku，Ka波段，整体尺寸为1188mm*478.5mm。本实施例包括：上层介质基板1、夹层金属十字光栅2、沿X/Y轴分布的正交金属十字光栅2-1、沿XOY面分布的“C”型金属粒子2-2、底层介质基板3。

如图2所示，本实施例中的超单元几何结构参数均为多次仿真优化后所得，上下两层介质基板厚度相等分别为h1＝h2＝3mm，超单元选用的覆铜厚度均为20μm，沿X方向与沿Y方向单元周期不相等，分别为a2＝3.3mm，和b2＝4.4mm，此外，刻蚀在X/Y方向的正交连续金属光栅的宽度均为w1＝0.2mm，刻蚀在XOY平面内的“C”型金属粒子的具体参数分别为a1＝2mm，b1＝2.2mm，l1＝0.7mm，l2＝0.6mm，g1＝0.6mm，以及g2＝0.8mm。

实施例2：

为了准确说明介质半波壁的传输特性，以及夹层金属涂层的多谐振机制的协同增透机理，下面进行表达式的推导过程和超表面单元设计流程说明。

如图3(a)所示，本实施例中，假设电磁波从介电参数为ε0的空气斜入射到介电参数为ε1＝ε0·εr(εr>1)纯陶瓷基复合材料时，在介质材料半波壁处，结合光程差以及斯涅尔定律，则发生干涉相消的条件为

因此，通过合理设计具有给定介电参数的介质厚度可以实现电磁波的高效传输。

下面通过具体的仿真和测试数据对上述现象进行解释说明，本实例选用的陶瓷基复合材料介电常数为3.2，损耗为0.002，厚度为6mm，X，Y方向边界条件设置为周期性边界条件，Z方向边界设置为开放性边界。

如图3(b)-(c)所示，本实施例中，针对TE极化电磁波，仿真得到纯陶瓷基复合材料基板的透射系数，在入射角为[0°，80°]范围内，仅有传输模式Ⅰ(厚度谐振)起到传输作用，特别是在60°入射时，传输系数大于-1dB的带宽为14.1GHz-17.76GHz。

如图3(d)-(e)所示，本实施例中，针对TM极化电磁波，仿真得到纯陶瓷基复合材料基板的透射系数，在入射角为[0°，80°]范围内，同样仅有传输模式Ⅰ(厚度谐振)起到传输作用，特别是在20°入射时，传输系数大于-1dB的带宽为9.3GHz-19.1GHz。

如图3(f)所示，本实施例中，针对TE/TM两种极化电磁波，在入射角为[0°，80°]范围内，公共传输带宽严重受限制于TE模式，仅为16.15GHz-17.3GHz。

下面通过给出一个超表面单元的设计流程对电磁超材料透明窗口的宽带宽角域特性做出说明，以及分别对各部分的等效电动力模型和对应的传输效果进行分析。

如图4(a)所示，本实施例中，双极化电磁波下介质厚度谐振产生的高效传输带宽仅为f3～f4，并受限制于TE极化的传输效果，同时，以此作为双极化传输下带宽和角域拓展的基准。

如图4(b)所示，本实施例中，首先在介质中间加载“C”型金属粒子，由于金属粒子沿Y轴方向具有不对称特性，传输模式Ⅱ(Fano谐振)被创造性地诱导用来改善TE极化波的透射效果，结合拓展的耦合振荡模型可得该系统的传输幅度响应为

此外，当TM极化电磁波入射时，该金属粒子沿X轴方向被分为上下金属对称结构，同时引入传输模式Ⅱ(Lorentz谐振)

用来实现介质局部传输效果改善以及驱动介质半波壁向低频移动，最终，双极化电磁波入射下的传输带宽将为f3～f4，f5～f6，但是交集带宽相对较窄。

如图4(c)-(d)所示，本实施例中，分别在介质中间加载沿X轴/Y轴方向的连续金属光栅，同时在两种极化下引入传输模式Ⅲ(Drude谐振)

通过调节金属光栅的宽度和周期得到等离子体频率满足条件为：ω1>ω2，并综合运用该模型的谐振Ⅰ区，不同程度降低介质的整体的介电常数，从而实现双极化电磁波传输效果的最大化。

如图4(e)所示，本实施例中，将上述两层介质基板，正交连续金属光栅以及“C”型金属粒子组合，最终得到设计的高效的传输型超表面单元。

如图5(a)-(b)所示，本实施例中，针对TE极化电磁波，仿真得到加载金属涂层的陶瓷基复合材料的透射系数，介质的半波壁Ⅰ(厚度谐振)在其他模式Ⅱ(Lorentz谐振)和Ⅲ(Drude谐振)下得到极大的拓展，尤其是在60°时，有效带宽从纯介质的14.1GHz-17.7GHz(1:1.25)拓展到10.3GHz-17.87GHz(1:1.73)，拓展了原始传输带宽的110％。

如图6(a)-(b)所示，本实施例中，针对TE极化电磁波，仿真得到加载金属涂层的陶瓷基复合材料的透射系数，介质的半波壁Ⅰ(厚度谐振)被传输模式Ⅲ(Drude谐振)简并向低频拓展，同时在高频的传输模式Ⅱ(Lorentz谐振)的辅组下，整体的传输带宽进一步提升，尤其是在20°时，有效带宽从纯介质的9.27GHz-19.05GHz(1:2.05)拓展到8.65GHz-24.48GHz(1:2.83)，拓展了原始传输带宽的61％。

下面结合不同传输机理下的金属表面电流分布以及提取得到的等效电磁参数对谐振效应做进一步的分析。

如图7(a)和(d)所示，本实施例中，无论是TE极化波入射还是TM极化波入射，无限长金属线上的表面电流都具有显著的效果，表现为等离子的群体振荡，产生反向平行电场，进一步弱化极化强度矢量，降低介电常数，并改善介质阻抗匹配特性。

如图7(b)所示，本实施例中，监视传输模式Ⅰ处的表面电流，针对TE极化电磁波入射，并无发现强烈的电流流动，表明此时仅有介质的厚度谐振在有效地调节电磁波的传输。

如图7(c)和(e)所示，监视传输模式Ⅲ处的表面电流，针对TE极化电磁波入射，“C”型金属粒子左右两臂的电流大小具有明显差异，等同于不同电尺度的金属线，从而发生破坏性干涉产生Fano谐振用于高效地传输电磁波；针对TM极化电磁波入射，“C”型金属粒子上下两臂的电流大小相同，等同于相同电尺度的金属短线，从而产生Lorentz谐振，用于改善高频的传输效果。

如图8(a)和(b)所示，本实施例中，通过S参数反演程序进一步对TM以及TE极化电磁波入射下介质材料的等效介电参数进行求解，TM极化下在12GHz，20°入射时，介质材料的等效介电参数实部为1.0，虚部为0.0左右，具有良好的透波效果；TE极化下在11.4GHz，60°入射时，介质材料的实部为1.0，虚部为0.0左右，具有良好的阻抗匹配效果。

如图9所示，本实施例中，采用印刷电路板工艺在3mm厚陶瓷基复合材料基板上印刷金属涂层，同时采用热压成型工艺在陶瓷基复合材料基板上压合另一块3mm后的陶瓷基板，为形成对比试验，加工选用另一块厚度为6mm的纯陶瓷基板作为对照实验。

如图10所示，本实施例中，实验测试平台的搭建选用微波暗室，周围包围吸波材料用来消除不必要的电磁波对测量结果的影响。同时测试平台基于安捷伦E8363B矢量网络分析仪，以及三对分别工作在X/Ku/K波段的喇叭天线，测试样品被安置在转台上。

如图11(a)-(d)所示，本实施例中，TE极化下测试得到未加载与加载金属涂层的陶瓷基复合材料在入射角为[0°，80°]范围内的传输系数。对于纯介质基板，仅有传输模式Ⅰ起作用，透射系数随着角度的增大向高频逐渐偏移，然而，通过金属涂层的加载，在60°入射时，所设计的电磁透明窗口的-1dB带宽从13.95GHz-16.88GHz(1：1.21)扩展到10.24GHz-17.75GHz(1：1.72)。

如图12(a)-(d)所示，本实施例中，TM极化下测试得到未加载与加载金属涂层的陶瓷基复合材料在入射角为[0°，80°]范围内的传输系数。与纯介质板相比，入射角度小于47°时，传输系数高于-1dB的带宽分别为9.82GHz-18.5GHz以及20.5GHz-21.85GHz，极大拓展了纯介质的10.43GHz-17.4GHz的带宽；此外，传输模式Ⅲ和Ⅱ的组合提升整个TM极化在20°入射时在8-24GHz内的传输效果。

综合图11和图12可得，对于双极化波入射，加载金属涂层的陶瓷基复合材料基板在[0°，80°]内传输系数高于-1dB的带宽从15.55GHz-16.39GHz拓展到15.9GHz-17.56GHz，同时保持高度的带外隔离。

由以上理论分析以及仿真和测试结果可知，对于自然界中存在的电介质材料，可以利用上述多种谐振协同作用，通过加载夹层金属涂层(包括正交金属光栅和“C”型金属粒子)并结合几何参数设计优化，综合利用多种谐振协同作用，使两种极化电磁波的公共传输带宽在广角域范围内最大化，同时保持高度的带外隔离度。

另外，本发明的有益效果具体如下：

本发明设计结构简单、轻质、薄层(6mm)，对应中心频率15GHz波长的约四分之一。本发明设计的结构尺寸较小，纵向单元尺寸在波长的五分之一，横向单元尺寸在波长的七分之一。

本发明工作指标较高，兼顾两种线极化波，仿真结果表明：针对TE极化电磁波，加载金属涂层的陶瓷基复合材料在入射角为[0°，80°]范围内，透射系数在10.89GHz-17.57GHz(1：1.61)范围内均具有良好的增透效果，相对于纯陶瓷基复合材料单一半波壁处14.5GHz-18.9GHz(1：3.03)的透射带宽和角域有较大提升；

本发明工作指标较高，兼顾两种线极化波，仿真结果表明：针对TM极化电磁波，加载金属涂层的陶瓷基复合材料在入射角小于50°时，透射系数高于-1dB以上的带宽为10.43GHz-23.7GHz(1:2.27)，相比于纯介质陶瓷基复合材料的带宽为10GHz-17.9GHz(1:1.79)，有极大地拓宽，同时，随着入射角度超过60°时，尤其是在80度，再次恢复到介质半波壁处带来的传输带宽为15.7GHz-17.58GHz。

本发明工作指标较高，兼顾两种线极化波，仿真结果表明：相对于纯介质在[0°，80°]入射角范围内的传输带宽16.15GHz-17.3GHz，加载金属涂层的陶瓷基复合材料的传输带宽为16.2GHz-18.15GHz，提升整体的近70％，同时，在8GHz以及18.5GHz以外保持-10dB的带外隔离度。

本发明结构多变，可针对不同的介质厚度设计不同形状和大小，同时利用电磁透明窗口满足双线极化下的透射性能提升需求。本发明设计的电磁透明窗口具有结构简单、薄层、低成本、极化不敏感、宽带宽角域等优势，可以用来灵活调控电磁波，在雷达罩、SAR成像、卫星通讯以及军事隐身等领域有着广泛的应用前景。

本发明的技术方案不限于上述具体实例的限制，如本发明为其他频段或不同厚度的陶瓷基复合材料基板，改变金属光栅以及“C”型金属粒子尺寸即可调节相对应频段内的传输效果，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，其特征在于，包括：依次设置的顶层介质基板(1)、夹层金属涂层(2)和底层介质基板(3)；

所述夹层金属涂层(2)呈周期性组合排布，且沿X方向与沿Y方向周期不相等；其包括：沿X/Y轴分布的双连续正交金属十字光栅(2-1)和沿XOY面分布的“C”型金属粒子(2-2)；

所述金属十字光栅(2-1)，其沿X轴和Y轴方向的间距不同、宽度相同，且两沿X/Y方向分布的金属十字光栅(2-1)呈中心对称方式排布；

所述“C”型金属粒子(2-2)，其开口方向沿同一X轴方向，且具有Y轴不对称性；

其中，通过调节所述夹层金属涂层(2)的周期，所述金属十字光栅(2-1)沿X轴和Y轴方向的间距、宽度，及所述“C”型金属粒子(2-2)的尺寸，并针对TE极化电磁波和TM极化电磁波引入多种不同的传输模式，且满足不同频段处的阻抗匹配条件，使TE极化电磁波和TM极化电磁波输入时公共传输带宽在广角域范围内最大化、以实现TE极化电磁波和TM极化电磁波增透。

2.如权利要求1所述的具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，其特征在于，所述透明窗口包括：在同一平面内周期性排列的多个超表面单元，每个超表面单元包含上层介质基板、正交金属光栅、“C”型金属粒子和下介质基板，属于介质-金属-介质夹层型结构；

其中，在竖直方向超表面单元数量与水平方向超表面单元数量不一致。

3.如权利要求1所述的具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，其特征在于，所述顶层介质基板(1)、所述夹层金属涂层(2)和所述底层介质基板(3)中心位于同一条垂直线上。

4.如权利要求1所述的具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，其特征在于，所述金属十字光栅(2-1)沿X轴和Y轴方向的间距分别为：a₂＝3.3mm和b₂＝4.4mm；所述金属十字光栅(2-1)宽度为w₁＝0.2mm。

5.如权利要求1所述的具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，其特征在于，所述“C”型金属粒子(2-2)的尺寸为：总长度a₁＝2mm，总宽度b₁＝2.2mm，外长度l₁＝0.7mm，内长度l₂＝0.6mm，外高度g₁＝0.6mm，以及内高度g₂＝0.8mm。

6.如权利要求1所述的具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，其特征在于，

所述金属十字光栅(2-1)的材质为铜，其覆铜厚度均为20μm；

所述顶层介质基板(1)和所述底层介质基板(3)的材质均为FSD系列陶瓷基复合材料，型号为FSD320N，介电常数为3.2，损耗角正切为0.002；所述顶层介质基板(1)和所述底层介质基板(3)的厚度为h1＝h2＝3mm。

7.如权利要求1所述的具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，其特征在于，所述窗口的工作频段为X，Ku，Ka波段；整体尺寸为1188mm*478.5mm。

8.如权利要求1所述的具有宽带宽角域特性的双极化电磁超材料透明窗口，其特征在于，所述宽带范围为16.2-18.15GHz，所述宽角域范围为[0°,80°]。

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