[发明专利]一种透射型极化转换超表面

说明书

本发明属于微波频段电磁波调控技术领域，具体为一种透射型极化转换超表面。该极化超表面单元包含三层金属贴片，每两层金属贴片间为介质基板，顶层和底层金属贴片结构相同。本发明通过合理的设计顶层、中间层和底层金属贴片的结构尺寸，使得入射的线极化电磁波在经过该超表面结构后继续传播，透射的电磁波在水平方向和垂直方向满足电场幅度相等，相位相差90度的条件，从而使得透射的电磁波呈圆极化特性。本发明设计的透射型圆极化超表面具有宽带、超薄、结构简单、低成本等优势，可灵活的控制电磁波的极化状态，在天线、成像、通讯系统、电磁对抗和军事隐身等领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于微波频段电磁波调控技术领域，具体涉及一种新型透射型极化转换超表面。

背景技术

极化是表征电磁波的重要特征，根据电磁波传播过程中电场矢量的轨迹来区分，当电磁波沿着波矢k方向向前传播时，随着时间的变化，若电场矢量末端的轨迹为直线、圆和椭圆时，电磁波对应的极化状态分别为线极化、圆极化和椭圆极化。一般来说一种极化的电磁波只能被辐射同种极化的电子设备接收（如水平线极化发射，水平线极化接收；左旋圆极化发射左旋圆极化接收），否则会造成信号的损失和干扰。

现代雷达和无线通信系统中，紧靠线极化天线已经很难满足要求，高增益圆极化天线由于具有抗雨雾干扰、抗多径效应等特性受到越来越多的重视。同时极化转换作为重要的干扰、抗干扰技术在雷达目标识别和电磁对抗等领域也发挥了重大作用。

传统的透射型极化转换器大多利用不同的介质厚度产生特定频率下的特定相位差需求，存在体积过大的缺点，其他利用超表面设计的圆极化器件存在带宽较窄、结构复杂、层数过多等不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种新型的透射型极化转换超表面，具有宽带、超薄的特性，整体结构简单、轻质、易加工。

本发明提供的新型透射型极化转换超表面，其结构如图1、图2、图3所示，由若干个结构相同的单元周期性排列组成，每个单元均由三层金属贴片和两层介质基板组成；所述的超表面单元顶层1和底层金属贴片3结构相同，中间层金属贴片2由刻蚀了一字形缝隙的矩形环2-1、矩形边框2-2和耶路撒冷十字组成2-3，每两层金属贴片间为一层介质基板。

当空气中的线极化电磁波入射到所述转换超表面的一侧表面上时,极化转换的每个单元都产生谐振，使得透射的电磁波在水平方向和垂直方向上幅度相等，相位相差90度，并从另一侧表面辐射出去，从而完成线极化到圆极化的转换。

本发明中，所述的超表面单元的顶层金属贴片1还可刻蚀十字形缝隙，该十字形缝隙在水平方向和垂直方向的长度相同，宽度不同，顶层金属贴片1和底层金属贴片3结构相同；

本发明中，所述的中间层金属贴片2的矩形环2-1共刻蚀四条一字形缝隙，分别沿水平方向和垂直方向，每条一字形缝隙和矩形环2-1内壁的距离相等，四条缝隙宽度相等，沿同一方向刻蚀的缝隙长度相等。

本发明中，所述的耶路撒冷十字2-3的中心和矩形环2-1的中心重叠，所述的耶路撒冷十字2-3由两个正交的“I”形金属臂组成，“I”形金属臂包含中部垂直金属线和两端水平金属线（或中部水平金属线和两端垂直金属线）， 两条“I”形金属的各个部分宽度相等。

本发明中，所述的垂直“I”形金属臂中部垂直金属线和水平“I”形金属臂中部水平金属线长度不同，所述的垂直“I”形金属臂两端水平金属线和水平“I”形金属臂两端垂直金属线长度不同。

本发明中，所述的垂直“I”形金属臂两端水平金属线和水平“I”形金属臂两端垂直金属线到矩形环2-1内壁的距离相等。

本发明中，所述的矩形边框2-2为不连续结构，边框的四条边的中心位置均开有槽，其中水平方向的槽和垂直方向的槽长度不同。所述的矩形边框宽度和耶路撒冷十字宽度相等，边框位于矩形环的内部，边框的四条边到矩形环内壁的距离相等。