[发明专利]一种超薄超宽带线极化电磁波极化转换器

说明书

本发明提供一种超薄超宽带线极化电磁波极化转换单元结构，由三层结构组成，包括最上层的人工表面电磁结构，中间层的介质，和底层的金属板。通过设计人工表面电磁结构，实现多个等离子谐振腔，能够高效率的将入射电磁波的极化转换为其交叉极化的反射波。本发明的单元具有周期结构性质、尺寸紧凑、宽频带、高转换效率、结构简单，厚度较薄，易于传统器件结合，应用广泛等一系列优点。

技术领域

本发明涉及一种极化转换器结构，尤其涉及一种超薄宽带线极化电磁波极化转换器结构。

背景技术

极化是电磁波的重要特征，由电磁波传播时电场矢量的振荡行为来描述。当电磁波沿着波矢的方向向前传播时，随着时间的变化，电场矢量的末端所走过的轨迹为直线、圆、椭圆时，其对应的极化状态分别为线极化、圆极化、椭圆极化。在实际工作中，根据需要人们经常会改变电磁波的极化状态。因此，电磁波的极化在天线、通信系统、液晶显示系统等领域有许多重要的应用。

当电磁波入射到无限大均匀的各向同性介质的界面时，根据极化守恒，在一定厚度下其反射波/透射波的极化将会与入射波极化完全相同。但是，若其入射到各向异性的界面，其回波的极化状态将不再守恒，实现这种极化转换的器件叫做极化转换器。

新型人工电磁材料的电磁参数可以任意设计，从而获得许多自然界材料所不具备的性质，例如上文所述的各向异性。各向异性材料是指材料的折射率或电磁参数在不同方向具有不同的取值，人们可以根据需要任意改变介电常数和磁导率等物理参数，使得电磁波沿不同方向具有不同的传播速度，在一定厚度和频率下产生合适的相位差，从而控制电磁波的极化状态。

2007年，复旦大学采用各向异性的“工”字形结构单元，首次提出了一种反射性新型人工电磁材料极化转换器。由于在x和y方向等效阻抗不同，电磁波传输之后对应的相位差也会发生改变，表现为折射率的高度各向异性，因此能够在远小于工作波长的厚度下实现高效的线极化转换。人们可以利用亚波长新型人工电磁材料来设计线-线极化转换器和线-圆极化转换器等控制电磁波极化的器件。某些特殊结构的极化转换器如L形结构、开口环结构等，已被人们设计出来用以实现特定的极化控制。J.Y.Chen等人通过改变入射波的极化角来实现对回波不同极化方向的振幅调控。随后，人们利用了两个新型人工电磁材料单元相对位置的错排，在特定频率下完成了完美的圆极化转换。Yang等人通过不对称双开口环不对称度的调节，在谐振频率处得到了一种极化振幅一定范围可调的新型人工电磁材料线极化转换器。

但是，上述基于新型人工电磁材料的极化转换器的各向异性是由特定频点处的电磁共振而产生的，有很强的频率依赖性，因而其工作带宽窄，限制了其实际应用。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中涉及的亚波长结构单元不能实现宽带的缺陷，通过多个等离子谐振实现宽带范围内对线极化波的极化转换。提供一种结构简单对称、尺寸紧凑、性能好的超薄宽带线极化电磁波极化转换器，以实现空间线极化电磁波的高效和宽频带极化转换。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种超薄超宽带线极化电磁波极化转换单元结构，其特征在于由底层的金属板、中间层的介质层及顶层的人工表面电磁结构组成，所述底层的金属板和中间层的介质层的横截面为正方形，所述人工表面电磁结构由等宽的金属结构线组成，包括两个V型谐振器、一个切割线谐振器和两个V型金属线结构，所述两个V型谐振器位于介质层表面同一对角线上且对称于介质层表面中心分布，开口相对；所述切割线谐振器位于V型谐振器所在对角线上且连结在两个V型谐振器之间；所述两个V型金属线结构位于介质层表面另一对角线上且对称于介质层表面中心分布，开口相对。

本发明还提供了由上述单元结构周期排列组成的超薄超宽带线极化电磁波极化转换器