CN210535828U - 一种双环王字型低频线-线极化转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双环王字型低频线‑线极化转换器，包括由下往上依次层叠的置于底层的金属反射板、中间层的介质基板及顶层的金属谐振单元，所述顶层金属谐振单元由三部分组成，由外至内依次为开口“同心双环”形金属谐振单元、开缝方环金属谐振单元及中心的“王”字形金属谐振单元。本实用新型的工作频带为5.033到10.749GHz，是一款超薄高效低频极化转换器。本实用新型具有频带宽、实用性强、介质基板厚度薄等特点。

Description

一种双环王字型低频线-线极化转换器

技术领域

本实用新型一种低频线-线极化转换器，特别是一种双环王字型低频线-线极化转换器，属于微波器件技术领域。

背景技术

极化方式作为电磁波最为重要的特征之一，在极化转换器设计和电磁波传输等方面都扮演着重要的角色。随着无线通信技术的发展需求，极化转换器受到广泛的关注，其被广泛应用于雷达、电子对抗、侦察和干扰、通信、遥感遥测等各个方面。

极化转换器主要分为反射型极化转换器和透射型极化转换器。其中透射型极化转换器频带相对较宽，对其在系统中的摆放精确度要求相对不高，但是当工作在较高频段时，其传输损耗较大；而反射型极化转换器传输损耗较小，但是由于其工作原理以及层间耦合等原因，基底厚度以及工作性能对波长较为敏感，工作带宽较窄。如今，对与高效极化转换率的极化转换器需求日益增加，所以研发高效、宽频带、损耗低的极化转换器成为人们研究的重点。

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低频线-线极化转换器，通过同一层上不同的谐振单元在5.033GHz到10.749GHz实现了超宽带线-线极化转换。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本实用新型提出的一种双环王字型低频线-线极化转换器，包括由下往上依次层叠的置于底层的金属反射板、中间层的介质基板及顶层的金属谐振单元，所述转换器在5.033GHz到10.749GHz内实现高效线-线极化转换；

所述顶层金属谐振单元由三部分组成，由外至内依次为开口“同心双环”形金属谐振单元、开缝方环金属谐振单元及中心的“王”字形金属谐振单元。

进一步的，所述开口“同心双环”形金属谐振单元由一个外半径r₂＝3.4mm、内半径r₁＝2.8mm的开缝圆环和一个外半径r₄＝4.6mm、内半径r₃＝4.0mm的开缝圆环构成，两个开缝圆环的开缝均在135°斜对角线上，缝宽均为w＝3.2mm。

进一步的，所述开缝方环的金属谐振单元由一个沿着135°方向开缝的边长l₁＝3mm，环宽w₁＝0.5mm的方环构成，所述开缝的缝宽w₂＝1mm。

进一步的，所述“王”字形金属谐振单元由三个平行于x轴的矩形和一个平行于y轴的矩形构成，所述矩形的的长度a＝1.2mm，宽度b＝0.24mm。

进一步的，所述三个平行于x轴的矩形长度相等，且呈等间距排列，间距w₃＝0.24mm。

进一步的，所述介质基板材料为FR-4，介电常数4.3，损耗角正切值0.025，介质基板边长p＝10mm，厚度t＝2mm，设置在底层金属反射板上。

进一步的，所述底层金属反射板和顶层的开口“同心双环”形金属谐振单元、开缝方环金属谐振单元及中心的“王”字形金属谐振单元材料均为铜，厚度为h＝0.018 mm。

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)本实用新型的转换器，采用了双环“王”字型单元结构，通过不同的金属谐振单元共同工作，在5.033GHz到10.749GHz内实现高效线-线极化转换。

(2)本实用新型的转换器，具有介质基板厚度薄、频带覆盖范围宽、结构简单、功能性强等优点，是一款超薄高效低频极化转换器。

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为本实用新型的结构单元周期性阵列图(3×3)。

图5为本实用新型在xoy模式的反射系数曲线。

图6为本实用新型在xoy模式的极化转换率曲线。

图7为本实用新型在uov模式的相位振幅值。

图8为本实用新型在uov模式的相位差曲线。

附图标记解释：1—开口“同心双环”形金属谐振单元，2—开缝方环的金属谐振单元，3—“王”字形的金属谐振单元，4—介质基板，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：

本实用新型一种双环王字型低频线-线极化转换器，其结构包括由下往上依次层叠的底层金属反射板5、中间层的介质基板4、顶层的开口“同心双环”形金属谐振单元1、开缝方环金属谐振单元2及中心的“王”字形金属谐振单元3，其正视图、侧视图与立体图分别如图1、2、3所示。一种双环王字型低频线-线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4所示。

本实用新型种双环王字型低频线-线极化转换器的产生方法，当电场沿x轴入射的线极化波垂直入射时，线-线极化转换由顶层的开口“同心双环”形金属谐振单元1、开缝方环金属谐振单元2及中心的“王”字形金属谐振单元3共同工作产生。

该线-线极化转化器介质基板材料为FR-4，介电常数4.3，损耗角正切值0.025。

该线-线极化转化器详细参数如表1所示。

参数	r<sub>1</sub>	r<sub>2</sub>	r<sub>3</sub>	r<sub>4</sub>
					值(mm)	2.8	3.4	4.0	4.6
参数	w	l<sub>1</sub>	w<sub>1</sub>	w<sub>2</sub>
					值(mm)	3.2	3	0.5	1
参数	a	b	w<sub>3</sub>	p
					值(mm)	1.2	0.24	0.24	10
参数	t	h
					值(mm)	2	0.018

表1

如图5为所述线-线极化转换器在xoy模式的反射系数曲线，如图6为所述线- 线极化转换器在xoy模式的极化转换率曲线。由极化转换率公式

PCR表示极化转换率，r_yx表示交叉极化反射系数，r_xx表示同极化反射系数，t_yx表示交叉极化透射系数，t_xx表示同极化透射系数，由于底层为完全金属反射板，所以t_yx＝t_xx＝0。图5中，所述线-线极化转换器在 5.033～10.749GHz内交叉极化反射系数r_yx基本大于0.9，同极化反射系数r_xx基本小于0.3，图6中，所述线-线极化转换器在5.033～10.749GHz内极化转换率PCR基本处在0.9以上，所以该极化转换器实现低频高效线-线极化转换，其相对带宽为72.43％。为了更好地解释极化转换的物理机制，我们把xoy坐标系旋转45度，得到 uov坐标系。当满足入射波沿u轴和v轴的反射振幅r_uu＝r_vv且反射相位差

时，线极化波完全转化为交叉极化波。图7中，所述线-线极化转换器在5.033～10.749GHz内r_uu和r_vv基本相等，图8中，所述线-线极化转换器在uov 模式的相位差曲线始终在±180°上下徘徊，这表明所述极化转换器在该工作频段具有交叉极化转换能力。

在经过特定设计后，本实用新型能在5.033～10.749GHz实现超宽带线-线极化转换。本实用新型具有频带覆盖范围宽、结构简单、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)

1.一种双环王字型低频线-线极化转换器，其特征在于：包括由下往上依次层叠的置于底层的金属反射板、中间层的介质基板及顶层的金属谐振单元，所述转换器在5.033GHz到10.749GHz内实现高效线-线极化转换；

所述顶层金属谐振单元由三部分组成，由外至内依次为开口“同心双环”形金属谐振单元、开缝方环金属谐振单元及中心的“王”字形金属谐振单元。

2.根据权利要求1所述的双环王字型低频线-线极化转换器，其特征在于：所述开口“同心双环”形金属谐振单元由一个外半径r₂＝3.4mm、内半径r₁＝2.8mm的开缝圆环和一个外半径r₄＝4.6mm、内半径r₃＝4.0mm的开缝圆环构成，两个开缝圆环的开缝均在135°斜对角线上，缝宽均为w＝3.2mm。

3.根据权利要求1所述的双环王字型低频线-线极化转换器，其特征在于：所述开缝方环的金属谐振单元由一个沿着135°方向开缝的边长l₁＝3mm，环宽w₁＝0.5mm的方环构成，所述开缝的缝宽w₂＝1mm。

4.根据权利要求1所述的双环王字型低频线-线极化转换器，其特征在于：所述“王”字形金属谐振单元由三个平行于x轴的矩形和一个平行于y轴的矩形构成，所述矩形的长度a＝1.2mm，宽度b＝0.24mm。

5.根据权利要求4所述的双环王字型低频线-线极化转换器，其特征在于：所述三个平行于x轴的矩形长度相等，且呈等间距排列，间距w₃＝0.24mm。

6.根据权利要求1所述的双环王字型低频线-线极化转换器，其特征在于：所述介质基板材料为FR-4，介电常数4.3，损耗角正切值0.025，介质基板边长p＝10mm，厚度t＝2mm，设置在底层金属反射板上。

7.根据权利要求1所述的双环王字型低频线-线极化转换器，其特征在于：所述底层金属反射板和顶层的开口“同心双环”形金属谐振单元、开缝方环金属谐振单元及中心的“王”字形金属谐振单元材料均为铜，厚度为h＝0.018mm。

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