CN209056606U - 一种s波段内的超宽带线-圆极化转换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种S波段内的超宽带线‑圆极化转换器，包括由下往上依次层叠的底层金属反射板、第一介质层、置于两介质层之间的中间层金属谐振单元、第二介质层及顶层金属谐振单元；所述顶层金属谐振单元为十字形结构，中间层金属谐振单元呈椭圆形结构，所述椭圆形结构内部具有开槽。本实用新型通过双层不同的金属谐振单元共同工作，在S波段内实现了超宽带线‑圆极化转换，具有频带宽，设计灵活，实用性强等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种超宽带线-圆极化转换器，具体的说是一种S波段内的超宽带线-圆极化转换器，属于微波器件技术领域。
背景技术
随着人们对电磁波极化形式的要求越来越高，线极化波的劣势已越来越明显，如：极化不一致导致能量损耗，容易受恶劣天气与建筑物的干扰等。而圆极化波具有比线极化波传播衰减更少，能够提高无线通信系统的容量等优势，加上圆极化波在各类通信系统中无可替代的重要性，使得圆极化技术将必然广泛应用于无线局域网通讯、雷达、导航、卫星等电子系统中。但是传统意义上的极化转换利用的是自然界的各向异性较弱的双折射材料或手性材料。因此传统的极化转换器的厚度通常在波长量级且体积十分庞大，不利于未来集成光子器件的发展。而研究发现亚波长结构超材料具有一些超常物理特性，如负折射率、圆二色性、极化调控等。所以可以通过超材料来获得自然界难以获得的强各向异性，从而实现物理尺寸较小的极化转换器，所以超材料线-圆极化转换器成为人们研究的重点。
S波段指的是频率范围在1.55～3.4GHz的电磁波频段，是一个用途广泛且极其重要的波段，主要应用于中继、卫星通信、雷达等通信设备与系统，现在广泛使用的蓝牙，ZIGBEE，无线路由器，无线鼠标等同样使用这个范围。并且随着天通一号卫星的升空，S波段卫星通信设备大量涌现，加上当今信息社会对线-圆极化转换技术的需求，所以一种工作在S波段得线-圆极化转换器就显得尤为重要了。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种S波段内的超宽带线-圆极化转换器，通过双层不同的谐振单元在S波段内实现了的超宽带线-圆极化转换。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：本实用新型提出的一种S波段内的超宽带线-圆极化转换器，包括由下往上依次层叠的底层金属反射板、第一介质层、置于两介质层之间的中间层金属谐振单元、第二介质层及顶层金属谐振单元；所述顶层金属谐振单元为十字形结构，中间层金属谐振单元呈椭圆形结构，所述椭圆形结构内部具有开槽。
本实用新型采用双层不同金属谐振单元的结构，通过合理设计金属谐振单元的尺寸形状与介质层的厚度，实现了超宽带线-圆极化转换，频带范围覆盖了大部分S波段。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述中间层金属谐振单元的内部开槽呈卍形，其由两个相同的Z形结构组成，其中任意一个Z形结构绕中心旋转90°后与另一个相重合。
进一步的，所述Z形结构由两个相同的平行于y轴的第一短矩形和一个平行于x轴的第一长矩形构成，所述第一短矩形长c＝3.5mm，宽d＝1.4mm，所述第二长矩形长e＝7.5mm，宽d＝1.4mm。
进一步的，所述椭圆形结构的短轴a＝6.3mm，长轴b＝13.545mm。
进一步的，所述十字形结构由一个平行于x轴的第二短矩形和一个平行于y轴的第二长矩形构成，所述第二短矩形的长f＝4mm，宽d＝1.4mm，所述第二长矩形的长g＝7mm，宽d＝1.4mm。
进一步的，所述第一介质层材料为Neltec NY9220，介电常数2.2，损耗角正切值0.0009，介质基板边长p＝29mm，厚度h1＝2mm，设置于底层金属反射板上方；第二介质材料层为Rogers RO3210，介电常数10.2，损耗角正切值0.003，介质边长p＝29mm，厚度h2＝6.5mm，设置于中间层金属谐振单元上方。
进一步的，所述底层金属反射板、中间层金属谐振单元及顶层金属谐振单元材料均为铜，厚度为w＝0.018mm。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)本实用新型一种S波段内的超宽带线-圆极化转换器，通过两层不同的金属谐振单元共同工作，在S波段内实现了超宽带线-圆极化转换。
(2)本实用新型一种S波段内的超宽带线-圆极化转换器，具有频带覆盖范围宽、设计灵活等优点。
附图说明
图1为本实用新型的单元结构正视图。
图2为本实用新型的侧视图。
图3为本实用新型的立体图。
图4为本实用新型的中间层金属谐振单元结构示意图。
图5为本实用新型的顶层金属谐振单元结构示意图。
图6为本实用新型的结构单元周期性阵列图(3×3)。
图7为本实用新型的极化转换率曲线。
图8为本实用新型的反射相位差曲线。
图9为本实用新型在电场与水平方向呈45°的线极化波垂直入射的轴比曲线。
附图标记解释：1—“挖槽椭圆”形金属谐振单元，2—“十字”形金属谐振单元，3—第一层介质，4—第二层介质，5—金属反射板。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的阐述：
本实用新型一种S波段内的超宽带线-圆极化转换器，其结构包括由下往上依次层叠的底层金属反射5、第一层介质3、中间层金属谐振单元1、第二层介质4和顶层金属谐振单元2，其正视图、侧视图与立体图分别如图1、2、3所示。该线-圆极化转换器的中间层金属谐振单元1和顶层谐振单元2的结构分别如图4、5所示，顶层金属谐振单元为十字形结构，中间层金属谐振单元呈椭圆形结构，该椭圆形结构内部具有呈卍形的开槽，该开槽由两个相同的Z形结构组成，其中任意一个Z形结构绕中心旋转90°后与另一个相重合。一种S波段内的超宽带线-圆极化转换器由单元结构周期性排列而成，其3×3阵列图如图6所示。
本实用新型一种S波段内的超宽带线-圆极化转换器的产生方法，当电场与水平方向呈45°的线极化波垂直入射时，线-圆极化转换由中间层金属谐振单元1和顶层金属谐振单元2共同工作产生。
该线-圆极化转化器第一层介质材料为Neltec NY9220，介电常数2.2，损耗角正切值0.0009。第二层介质材料为Rogers RO3210，介电常数10.2，损耗角正切值0.003。
该线-圆极化转化器详细参数如表1所示。
| 参数 | a | b | c | d |
| 值(mm) | 6.3 | 13.545 | 3.5 | 1.4 |
| 参数 | e | f | g | h<sub>1</sub> |
| 值(mm) | 7.5 | 4 | 7 | 2 |
| 参数 | h<sub>2</sub> | p | w | |
| 值(mm) | 6.5 | 29 | 0.018 |
表1
如图7是所述线-圆极化转换器的极化转换率曲线。如图8是所述线-圆极化转换器的反射相位差曲线。由极化转换率公式PCR表示极化转换率，rps表示交叉极化反射系数，rss表示同极化反射系数，tps表示交叉极化透射系数，tss表示同极化透射系数，由于底层为完全金属反射板，所以tps＝tss＝0,所以当且正交反射极化波相位差为±90°(或者其奇数倍)时，表示发生完全线-圆极化转换。图8中,所述线-圆极化转换器的反射极化波相位差始终为90°或者-270°，所以当PCR在0.5附近时即可判断为实现了线-圆极化转换。图7中，所述线-圆极化转换器在2.1253～3.6374GHz内极化转换率基本处在0.5附近，所以该极化转换器实现超宽带线-圆极化转换。
如图9是该线-圆极化转换器的轴比曲线，在工作时，电场与水平方向呈45°线极化波沿-z方向垂直入射。工程上定义当极化波轴比小于3dB时即认为是圆极化波。图9中3dB轴比频带为2.1067～3.6548GHz，相对带宽为53.74％，所以在S波段内实现了超宽带线-圆极化转换。
在经过特定设计后，本实用新型能在S波段内实现超宽带线-圆极化转换。本实用新型具有频带覆盖范围宽、设计灵活、功能性强等特点。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种S波段内的超宽带线-圆极化转换器，其特征在于：包括由下往上依次层叠的底层金属反射板、第一介质层、置于两介质层之间的中间层金属谐振单元、第二介质层及顶层金属谐振单元；所述顶层金属谐振单元为十字形结构，中间层金属谐振单元呈椭圆形结构，所述椭圆形结构内部具有开槽。
2.根据权利要求1所述的S波段内的超宽带线-圆极化转换器，其特征在于：所述中间层金属谐振单元的内部开槽呈卍形，其由两个相同的Z形结构组成，其中任意一个Z形结构绕中心旋转90°后与另一个相重合。
3.根据权利要求2所述的S波段内的超宽带线-圆极化转换器，其特征在于：所述Z形结构由两个相同的平行于y轴的第一短矩形和一个平行于x轴的第一长矩形构成，所述第一短矩形长c＝3.5mm，宽d＝1.4mm，所述第一长矩形长e＝7.5mm，宽d＝1.4mm。
4.根据权利要求1所述的S波段内的超宽带线-圆极化转换器，其特征在于：所述椭圆形结构的短轴a＝6.3mm，长轴b＝13.545mm。
5.根据权利要求1所述的S波段内的超宽带线-圆极化转换器，其特征在于：所述十字形结构由一个平行于x轴的第二短矩形和一个平行于y轴的第二长矩形构成，所述第二短矩形的长f＝4mm，宽d＝1.4mm，所述第二长矩形的长g＝7mm，宽d＝1.4mm。
6.根据权利要求1所述的S波段内的超宽带线-圆极化转换器，其特征在于：所述第一介质层材料为Neltec NY9220，介电常数2.2，损耗角正切值0.0009，介质基板边长p＝29mm，厚度h1＝2mm，设置于底层金属反射板上方；第二介质材料层为Rogers RO3210，介电常数10.2，损耗角正切值0.003，介质边长p＝29mm，厚度h2＝6.5mm，设置于中间层金属谐振单元上方。
7.根据权利要求1所述的S波段内的超宽带线-圆极化转换器，其特征在于：所述底层金属反射板、中间层金属谐振单元及顶层金属谐振单元材料均为铜，厚度为w＝0.018mm。
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|---|---|---|---|---|
| CN113885118A (zh) * | 2021-11-01 | 2022-01-04 | 觉芯电子(无锡)有限公司 | 一种手性光学元件及其制备方法 |
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