CN210897638U - 一种线极化波任意极化角度转换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种平面人工电磁结构线极化波任意极化角度转换器，用于将任意方位极化的线极化电磁波实现角度偏转。谐振单元由三部分复合构成：四片矩形铜质贴片，两块绝缘F4B介质基板，以及压合在两块介质基板中间的铜制金属地基板。介质基板上开凿两个孔，并在孔的边缘镀铜。极化转换机制为：当5.8GHz、任意方位极化的线极化波正入射到该结构正面时，通过平面单级子天线耦合产生谐振，正面单极子天线接收的能量经由镀铜孔耦合到背面单极子天线，通过入射电场的正交分解与透射正交电场的合成，从而实现入射线极化波的
角度旋转。与传统的极化转换装置相比，优势为结构简单，适应线极化波的任意角度转换，插入损耗低、极化转换效率高、制备成本低。
Description
技术领域
本实用新型属于电磁技术，采用平面人工电磁结构，具体涉及一种针对线极化波的任意极化角度转换器。
背景技术
在当今信息时代下，极化转换器作为控制电磁波传播状态的一种重要的器件，一般加载到天线辐射口径前端，对其辐射的电磁波极化状态进行切换控制。极化转换器广泛应用于无线通信及微波成像领域。人工电磁结构是通过人为设计具有特殊电磁特性的单元构成的周期或非周期阵列结构。这些特殊电磁功能是自然界常规材料难以或不能达到的。因此，人工电磁结构已广泛应用于频率选择表面、人造吸波体、隐身功能材料及极化转换器的设计。
线极化电磁波在自由空间中传播时，由于空间环境的复杂性，会产生散射、折射和衍射等效应，从而改变电磁波的极化方向。当电磁波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，会降低接收效率，而当二者的极化方向正交时，天线则几乎接收不到电磁信号。将接收信号极化方向偏转到与接收天线极化方向，可使天线具有最佳接收效率。大多数基于人工电磁结构设计的线极化波极化转换器具有极化选择特性，即入射来波必须与人工电磁结构单元极化方向一致，否则入射来波被反射，极化转换效率降低。因此，设计出适用于任意入射角度极化转换、高效率的极化转换器愈发重要。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的不足，提供一种线极化波任意极化角度转换器，适应线极化波的任意角度转换。
技术方案：本实用新型提出一种线极化波任意极化角度转换器，采用平面人工电磁结构，由谐振单元构成阵列，谐振单元包括三部分，第一部分由四个矩形铜制贴片组成，第二部分为两块F4B介质基板，第三部分为铜制金属地基板，其压合在两块介质基板中间；阵列中每个单元结构包括铜质贴片、镀铜通孔、铜制金属地基板，F4B介质基板；铜制贴片贴附于于介质基板外表面，相邻铜制贴片相互正交，镀铜孔位于铜制贴片上。
进一步地，铜制矩形贴片，每个结构包括正面、背面两片，尺寸为12.7×3mm。
进一步地，阵列中每个单元边界开凿两个通孔并边缘镀铜，通孔半径为0.4mm；铜制金属基地版尺寸为21×21mm。
进一步地，F4B介质板介电常数为2.65，损耗正切0.001。
进一步地，谐振单元尺寸为21×21×8mm，厚度为1/6工作波长。
进一步地，极化转换机制为：当5.8GHz、任意方位极化的线极化波正入射到该结构正面时，通过平面单极子天线耦合产生谐振，正面单极子天线接收的能量经由镀铜孔耦合到背面单极子天线，通过入射电场的正交分解与透射正交电场的合成，从而实现入射线极化波的
角度旋转，其中
为入射电场极化方向与正交坐标系x-轴之间的夹角，称为极化方位角。
有益效果：本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：(1)采用一种平面单极子人工电磁结构，能够正交分解任意方位极化的线极化波，从而促使本发明的人工电磁结构极化不敏感；(2)结构简单，易于加工，通过调节单元结构几何参量，实现其工作频率的调谐；(3)质量轻，便于无线通信或雷达系统集成，反射损耗低，对发射天线干扰较小；(4)谐振单元能够进行周期性扩展，结构灵活，成本低且易于量产。
附图说明
图1阵列结构示意图；
图2(a)单元结构正面示意图；(b)金属贴片示意图；
图3极化转换机制说明图:(a)入射线极化波电场矢量分解图；(b)透射线极化波电场矢量合成图；
图4(a)不同极化方位角的线极化波正入射时的共极化反射系数；(b)不同极化方位角的线极化波正入射时的极化透射系数。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步地详细说明：
如图1所示，极化角度转换器由20×20人工单元结构沿着正交方向规则排列构成。在图2(a)和图2(b)中，在图2(a)-2.2(b)中，说明了阵列中每个单元的结构：结构1和2为铜质矩形状金属贴片，每个结构包括正、背面共两片，每片的尺寸相同，为12.7mm×3mm；结构3为镀铜孔，半径0.4mm；结构4为铜质金属地基板，尺寸21mm×21mm；结构5为两块F4B介质基板，每块尺寸21mm×21mm×4mm，相对介电常数2.65，损耗正切0.001。
图3(a)为极化方位角
的正入射线极化电场矢量示意图，图3(b)为经过极化转换后的线极化电场矢量示意图。图3详细说明了极化转换机制。图3标明了球坐标系下各个坐标轴的方向。E表示5.8GHz的入射电磁波，入射方向为-z-轴，与x-轴方位呈任意夹角
Ex表示波入射波的x-轴分量，Ey表示波入射波的y-轴分量，分别通过与x-轴平行的铜质贴片单极子和与y-轴平行的铜质贴片单极子接收，再经由镀铜孔传输耦合到背面与x-轴垂直的铜质贴片以及与y-轴垂直的铜质贴片单极子辐射，透射波合成后形成与入射波极化方位相差角度
度。Ex’和Ey’分别表示透射波的x-轴分量和y-轴分量。
图4(a)为不同极化方位角的线极化波正入射时，入射波的共极化反射系数(S11)。图4(a)为与x-轴呈各个方向的电磁波入射时，阵列S11的仿真。图4(b)为不同极化方位角的线极化波正入射时，入射波的极化透射系数(S12)。图4(b)为与x-轴呈各个方向的电磁波入射时，阵列极化转换效率的仿真。图4(a)和4(b)给出了对于任意极化方位正入射的线极化波极化转换效果验证。如图4(a)和4(b)所示，不同极化方位的入射波照射到样品上，产生的共极化反射系数(S11)和
角度极化透射系数(S12)完全相同，验证了本发明所设计的极化转换器样品具有线极化波任意极化角度转换的特性，并且极化转换效率达到了93％以上。
Claims (6)
1.一种线极化波任意极化角度转换器，包括平面人工电磁结构，其特征在于：由谐振单元构成阵列，谐振单元包括三部分，第一部分由四个矩形铜制贴片组成，第二部分为两块F4B介质基板，第三部分为铜制金属地基板，其压合在两块介质基板中间；阵列中每个单元结构包括铜质贴片、镀铜通孔、铜制金属地基板，F4B介质基板；铜制贴片贴附于介质基板外表面，相邻铜制贴片相互正交，镀铜孔位于铜制贴片上。
2.根据权利要求1所述的极化角度转换器，其特征在于，铜制矩形贴片，每个结构包括正面、背面两片，尺寸为12.7×3mm。
3.根据权利要求1所述的极化角度转换器，其特征在于，阵列中每个单元边界开凿两个通孔并边缘镀铜，通孔半径为0.4mm；铜制金属基地版尺寸为21×21mm。
4.根据权利要求1所述的极化角度转换器，其特征在于，F4B介质板介电常数为2.65，损耗正切0.001。
5.根据权利要求1所述的极化角度转换器，其特征在于，谐振单元尺寸为21×21×8mm，厚度为1/6工作波长。
6.根据权利要求1所述的极化角度转换器，其特征在于，极化转换机制为：当5.8GHz、任意方位极化的线极化波正入射到该结构正面时，通过平面单极子天线耦合产生谐振，正面单极子天线接收的能量经由镀铜孔耦合到背面单极子天线，通过入射电场的正交分解与透射正交电场的合成，从而实现入射线极化波的
角度旋转，其中
为入射电场极化方向与正交坐标系x-轴之间的夹角，称为极化方位角。
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| CN201921988579.1U CN210897638U (zh) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | 一种线极化波任意极化角度转换器 |
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Publications (1)
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| CN210897638U true CN210897638U (zh) | 2020-06-30 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN210897638U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112736479A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 电子科技大学 | 一种宽带、宽角rcs减缩的极化转换复合超表面结构 |
-
2019
- 2019-11-18 CN CN201921988579.1U patent/CN210897638U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112736479A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 电子科技大学 | 一种宽带、宽角rcs减缩的极化转换复合超表面结构 |
| CN112736479B (zh) * | 2020-12-21 | 2021-10-26 | 电子科技大学 | 一种宽带、宽角rcs减缩的极化转换复合超表面结构 |
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