CN206574856U - 一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，由在同一水平面内周期性排列的M×N个单元结构组成；所述的单元结构包括依次堆放的金属地板层、中间介质层和双开口谐振方环结构层；所述的金属双开口谐振方环结构层是由两个成中心对称的L形金属条组成各向异性的双开口方环结构。该极化器具有很强的实用性，能在太赫兹波段超宽带范围内高效地将线极化波转换为圆极化波，而且结构简单，易于加工、在宽入射角范围内仍具有良好的线‑圆极化转换性能、具有极化可重构的特点。此外，通过调整结构参数，该极化器还能用于其它频段，在天线设计、隐身技术等方面具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁波极化器技术领域，具体是一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器。
背景技术
圆极化波在干扰、抗干扰方面具有显著优势，在电子侦察、卫星通信等领域普遍采用圆极化波，而关于圆极化器的设计也一直是科研热点。目前，对极化器的研究正向着太赫兹波段、宽频带、多极化转换、小型化、高效率转换等方向发展。传统的极化器厚度较厚，结构复杂，不利于集成、效率低、极化方式单一、带宽窄。近年来，超材料以其奇异的电磁特性引起了学者们的广泛关注，在电磁波极化状态控制方面也有重要应用。超表面是一种由周期或者非周期的人工单元结构排列构成的复合电磁材料，属于二维超材料，具有超薄的特点，厚度只有工作波长的十几分之一，甚至几十分之一。通过改变单元结构满足所需的电磁参数，进而实现对电磁波的调控。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，该极化器能在超宽带范围内高效地将线极化波转换为圆极化波，而且结构简单，易于加工、极化方式多元化。
实现本实用新型目的的技术方案是：
一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，由在同一水平面内周期性排列的M×N个单元结构组成；所述的单元结构包括依次堆放的金属地板层、中间介质层和双开口谐振方环结构层；所述的双开口谐振方环结构层是由两个成中心对称的L形条组成各向异性的双开口方环结构。
所述的金属地板层，厚度为0.1～0.5um。
所述的金属地板层，最佳厚度为0.2um，金属材质为金、银、铜中的一种。
所述的中间介质层，介电常数为2.5～3.5，厚度为40～55um。
所述的中间介质层，为聚酰亚胺、二氧化硅、三氧化二铝中的一种。
所述的双开口谐振方环结构层，环臂到单元结构边界的距离为5～20um，臂长为40～50um，臂宽为2～10um。
所述的双开口谐振方环结构层，厚度为1nm～0.5um。
所述的双开口谐振方环结构层，材质为金、银、铜、石墨烯中的一种。
所述的周期性排列的M×N个单元结构，M＝N，周期长度为80～110um。
本实用新型提供的一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，具有很强的实用性，能在太赫兹波段超宽带范围内高效地将线极化波转换为圆极化波，而且结构简单，易于加工、在宽入射角范围内仍具有良好的线-圆极化转换性能、具有极化可重构的特点。此外，通过调整结构参数，该极化器还能用于其它频段，在天线设计、隐身技术等方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的三维单元结构示意图；
图2为本实用新型的单元结构的俯视图；
图3为本实用新型实施例的反射波两垂直分量的反射系数的幅度和相位比较图；
图4为本实用新型y极化线极化波入射时的极化率图；
图5为本实用新型x极化线极化波入射时的极化率图；
图6为本实用新型的轴比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述，但不是对本实用新型的限定。
实施例：
如图1、图2所示，由在同一水平面内周期性排列的M×N个单元结构组成；所述的单元结构包括依次堆放的金属地板层、中间介质层和双开口谐振方环结构层；所述的双开口谐振方环结构层3是由两个成中心对称的L形条4组成各向异性的双开口方环结构。
所述的金属地板层1，是厚度为0.2um，电导率为5.8×107S/m的铜层。
所述的中间介质层2，是介电常数为3，厚度为47um的聚酰亚胺层。
所述的双开口谐振方环结构层，是厚度为0.2um的铜层，环臂到单元结构边界的距离为10um，臂长为44um，臂宽为5um。
所述的单元结构周期排列是沿着水平横向x方向和垂直水平横向的纵向y方向呈线型排列，横向与纵向排列的单元结构个数相等，周期长度为92um。
当入射波为y极化、向-z轴方向传播的线极化波，则反射波为由于超表面的各向异性，反射波x、y分量的反射系数幅度和相位会有所不同。当的反射系数幅度rxy、ryy相等，相位差(n为奇数)时，产生线-圆极化转换，其中rxy＝|Exr/Eyi|、ryy＝|Eyr/Eyi|分别表示y极化到x极化、y极化到y极化反射系数的幅度，φxy、φyy为对应的相位，下标i、r分别表示入射波和反射波，下标x、y分别表示波的极化方向。
如图3所示，在0.6044THz-1.408THz频段内，反射波两垂直分量的反射系数幅值rxy、ryy近似相等，相位近似相差-90°或270°，相对带宽达到79％，从而实现了超宽带线极化波到圆极化波的转换。在1.4808THz-1.5354THz频段内，反射波两垂直分量的反射系数幅值rxy、ryy近似相等，相位近似相差90°，实现了窄带的线极化波到圆极化波的转换。
引入斯托克斯参数描述该极化器的极化转换性能：
I＝|ryy|2+|rxy|2 (1)
Q＝|ryy|2-|rxy|2 (2)
U＝2|ryy||rxy|cosΔφ (3)
V＝2|ryy||rxy|sinΔφ (4)
上述公式(1)、(2)、(3)、(4)中：I为波的总强度，Q为x极化波分量，U为45°极化波分量，V右旋极化波分量。
定义极化率为：
上述公式(5)中，e表征极化器的圆极化转换能力,当e＝1时，产生左旋圆极化波；当e＝-1时，产生右旋圆极化波。
此外，定义轴比AR＝10log10(tanβ)，其中a为椭圆倾斜角，β为极化度角。若AR<3dB，则满足圆极化工程要求。
如图4所示，在0.6044THz-1.408THz频段内e均在-0.8以下，近似为-1，为右旋圆极化波。在1.4808THz-1.5354THz频段内e均在0.8以上，近似为1，为左旋圆极化波。
当入射波为x极化线极化波时，实现圆极化转换的频段不变，但旋向与y极化线极化波入射时相反。所以，不需要改变结构尺寸参数以x极化线极化波入射就可以获得超宽带的左旋圆极化波，从而该极化器具有极化可重构的特点。如图5所示，在0.6044THz-1.408THz频段内e均在0.8以上，近似为1，为左旋圆极化波。在1.4808THz-1.5354THz频段内e均在-0.8以下，近似为-1，为右旋圆极化波。
另外，当方环两个开口在另一对角线上时，若入射波为y极化线极化波，则实现圆极化转换的频段基本不变，但旋向也与y极化线极化波入射时相反。
如图6所示，在0.6044THz-1.408THz、1.4808THz-1.5354THz频段内AR<3dB，满足圆极化工程要求。
Claims (9)
1.一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，其特征在于，由在同一水平面内周期性排列的M×N个单元结构组成；所述的单元结构包括依次堆放的金属地板层、中间介质层和双开口谐振方环结构层；所述的双开口谐振方环结构层是由两个成中心对称的L形条组成各向异性的双开口方环结构。
2.根据权利要求1所述的一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，其特征在于，所述的金属地板层，厚度为0.1~0.5um。
3.根据权利要求2所述的一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，其特征在于，所述的金属地板层，厚度为0.2um，金属材质为金、银、铜中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，其特征在于，所述的中间介质层，介电常数为2.5~3.5，厚度为40~55um。
5.根据权利要求4所述的一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，其特征在于，所述的中间介质层，为聚酰亚胺、二氧化硅、三氧化二铝中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，其特征在于，所述的双开口谐振方环结构层，环臂到单元结构边界的距离为5~20um，臂长为40~50um，臂宽为2~10um。
7.根据权利要求1所述的一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，其特征在于，所述的双开口谐振方环结构层，厚度为1nm~0.5um。
8.根据权利要求6或7任一所述的一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，其特征在于，所述的双开口谐振方环结构层，材质为金、银、铜、石墨烯中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种反射型超宽带太赫兹极化可重构圆极化器，其特征在于，所述的周期性排列的M×N个单元结构，M=N，周期长度为80~110um。
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