本發(fā)明涉及微波通信，尤其涉及一種基于超表面的反射型極化單元以及極化轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

1、人工電磁超表面是一種由二維平面單元結(jié)構(gòu)組成的新型的人工電磁材料，人工電磁超材料是指具有特別物理性質(zhì)的人工復(fù)合材料。人工電磁超表面被看作是在兩種介質(zhì)的分界面上設(shè)計(jì)周期金屬單元結(jié)構(gòu)，配合介質(zhì)使入射電磁波在超表面上發(fā)生相位突變來產(chǎn)生異常的折射或者是反射，達(dá)到控制折射或者反射的電磁波的目的。它具有體積小、重量輕、損耗更低的優(yōu)勢(shì)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)入射電磁波的相位、極化模式、傳播方向等進(jìn)行控制，而且它更容易附加在大型設(shè)備的表面或者與小型設(shè)備集成，所以在吸波器、濾波器、rcs減縮、極化轉(zhuǎn)換器等領(lǐng)域都比傳統(tǒng)材料有巨大優(yōu)勢(shì)。極化是電磁波自有的一個(gè)基本屬性之一，該特性在天線罩、通信編碼、傳感器、成像、雷達(dá)隱形等領(lǐng)域都有十分重要和廣泛的應(yīng)用，高效率的按人為需求對(duì)電磁波的極化進(jìn)行控制和改變是非常必要的，所以極化轉(zhuǎn)換器在電磁波的調(diào)控中是一種非常重要的設(shè)備。

2、傳統(tǒng)的極化單元有使用光柵、二色晶體、雙折射調(diào)控等，但是如果要得到足夠大的相位差就要這些材料足夠的厚，這必然導(dǎo)致了損耗大、極化轉(zhuǎn)換效率低下等問題，并且工作頻帶也很窄。隨著人工電磁超表面的出現(xiàn)，利用人工電磁超表面來設(shè)計(jì)極化轉(zhuǎn)換器已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)并得到了快速的發(fā)展。但是，目前利用人工電磁超表面設(shè)計(jì)的極化轉(zhuǎn)換器超出覆蓋較大，無法精準(zhǔn)覆蓋x波段以及ku波段，且體積較大，工作頻帶也很窄，無法適用于精密設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于超表面的反射型極化單元以及極化轉(zhuǎn)換器，體積小，工作頻帶寬，可通過調(diào)節(jié)制造參數(shù)使其工作頻段能夠精準(zhǔn)覆蓋軍事領(lǐng)域最常用的x波段以及ku波段，性能優(yōu)異。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于超表面的反射型極化單元，包括表層的金屬單元結(jié)構(gòu)，中間層的介質(zhì)基板以及底層的金屬底板，且所述金屬單元結(jié)構(gòu)、所述介質(zhì)基板以及所述金屬底板緊密貼合；所述金屬單元結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱圖形，圖形整體呈中間有裂縫的龜殼形，即外部為環(huán)形，所述環(huán)形的內(nèi)部有一鏤空的正六邊形，所述正六邊形的每一頂點(diǎn)均與所述環(huán)形連接，且圖形整體以所述正六邊形的中線為軸分為左右對(duì)稱的兩部分，中間形成一縫隙。

3、作為上述方案的改進(jìn)，所述金屬單元結(jié)構(gòu)、所述介質(zhì)基板以及所述金屬底板三層中心的連線同時(shí)與所述金屬單元結(jié)構(gòu)、所述介質(zhì)基板以及所述金屬底板垂直。

4、作為上述方案的改進(jìn)，所述金屬單元結(jié)構(gòu)相對(duì)于豎直方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度后緊密貼合在所述介質(zhì)基板上。

5、作為上述方案的改進(jìn)，所述金屬單元結(jié)構(gòu)以及所述金屬底板的材料為金、銀、銅、鋁中的任意一種。

6、作為上述方案的改進(jìn)，所述金屬單元結(jié)構(gòu)中所述環(huán)形的外徑為6.64mm～9.5mm，所述環(huán)形的內(nèi)徑為5.32mm～7.68mm，所述正六邊形的邊長(zhǎng)為1.56mm～2.26mm，所述正六邊形的線寬為0.68mm～0.97mm，所述正六邊形與所述環(huán)形連接線的線寬為0.59mm～0.85mm，所述縫隙的寬度為0.49mm～0.71mm，所述金屬單元結(jié)構(gòu)的厚度為0.035mm。

7、作為上述方案的改進(jìn)，所述金屬底板呈正方形，且所述金屬底板的邊長(zhǎng)為7.8mm～11.28mm，所述金屬底板的厚度為0.035mm。

8、作為上述方案的改進(jìn)，所述介質(zhì)基板為聚四氟乙烯高頻板或fr-4基板。

9、作為上述方案的改進(jìn)，所述介質(zhì)基板呈正方形，且所述介質(zhì)基板的邊長(zhǎng)為7.8mm～11.28mm，所述介質(zhì)基板的厚度為1.6mm～2.48mm。

10、本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于超表面的反射型極化轉(zhuǎn)換器，包括多個(gè)上述的基于超表面的反射型極化單元，且多個(gè)極化單元在同一平面內(nèi)周期性排列。

11、進(jìn)一步的，所述極化單元在橫縱兩個(gè)方向上不斷重復(fù)排列形成正方形陣列。

12、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于超表面的反射型極化單元以及極化轉(zhuǎn)換器的有益效果在于：通過調(diào)整極化單元制造時(shí)的幾何參數(shù)可以使其工作頻段精準(zhǔn)覆蓋x波段、ku波段這兩個(gè)軍事領(lǐng)域最常用的波段，并且工作頻段可調(diào)整為覆蓋x波段100％，且僅超出9.75％，也可調(diào)整為覆蓋ku波段100％，且僅超出11.7％，非常適合用于精準(zhǔn)極化調(diào)控器制造、雷達(dá)隱身中縮減rcs等。同時(shí)本發(fā)明的相對(duì)帶寬可以達(dá)到43.9％和45.2％，中心頻率分別為9.99ghz和14.82ghz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過超寬帶定義的標(biāo)準(zhǔn)(相對(duì)帶寬大于25％，且中心頻率大于500mhz的被稱為超寬帶)，性能優(yōu)異。另外，本發(fā)明的超表面正方形單元結(jié)構(gòu)邊長(zhǎng)僅為7.8～11.28mm，厚度僅為1.67～2.55mm，金屬諧振單元僅為單層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、新穎，體積小，利用現(xiàn)已成熟的標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板工藝和光刻工藝即可實(shí)現(xiàn)，有利于集成到其他設(shè)備，例如雷達(dá)上。

技術(shù)特征：

1.一種基于超表面的反射型極化單元，其特征在于，包括表層的金屬單元結(jié)構(gòu)，中間層的介質(zhì)基板以及底層的金屬底板，且所述金屬單元結(jié)構(gòu)、所述介質(zhì)基板以及所述金屬底板緊密貼合；所述金屬單元結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱圖形，圖形整體呈中間有裂縫的龜殼形，即外部為環(huán)形，所述環(huán)形的內(nèi)部有一鏤空的正六邊形，所述正六邊形的每一頂點(diǎn)均與所述環(huán)形連接，且圖形整體以所述正六邊形的中線為軸分為左右對(duì)稱的兩部分，中間形成一縫隙。

2.如權(quán)利要求1所述的基于超表面的反射型極化單元，其特征在于，所述金屬單元結(jié)構(gòu)、所述介質(zhì)基板以及所述金屬底板三層中心的連線同時(shí)與所述金屬單元結(jié)構(gòu)、所述介質(zhì)基板以及所述金屬底板垂直。

3.如權(quán)利要求2所述的基于超表面的反射型極化單元，其特征在于，所述金屬單元結(jié)構(gòu)相對(duì)于豎直方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度后緊密貼合在所述介質(zhì)基板上。

4.如權(quán)利要求3所述的基于超表面的反射型極化單元，其特征在于，所述金屬單元結(jié)構(gòu)以及所述金屬底板的材料為金、銀、銅、鋁中的任意一種。

5.如權(quán)利要求4所述的基于超表面的反射型極化單元，其特征在于，所述金屬單元結(jié)構(gòu)中所述環(huán)形的外徑為6.64mm～9.5mm，所述環(huán)形的內(nèi)徑為5.32mm～7.68mm，所述正六邊形的邊長(zhǎng)為1.56mm～2.26mm，所述正六邊形的線寬為0.68mm～0.97mm，所述正六邊形與所述環(huán)形連接線的線寬為0.59mm～0.85mm，所述縫隙的寬度為0.49mm～0.71mm，所述金屬單元結(jié)構(gòu)的厚度為0.035mm。

6.如權(quán)利要求5所述的基于超表面的反射型極化單元，其特征在于，所述金屬底板呈正方形，且所述金屬底板的邊長(zhǎng)為7.8mm～11.28mm，所述金屬底板的厚度為0.035mm。

7.如權(quán)利要求6所述的基于超表面的反射型極化單元，其特征在于，所述介質(zhì)基板為聚四氟乙烯高頻板或fr-4基板。

8.如權(quán)利要求1所述的基于超表面的反射型極化單元，其特征在于，所述介質(zhì)基板呈正方形，且所述介質(zhì)基板的邊長(zhǎng)為7.8mm～11.28mm，所述介質(zhì)基板的厚度為1.6mm～2.48mm。

9.一種基于超表面的反射型極化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括多個(gè)如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的基于超表面的反射型極化單元，且多個(gè)極化單元在同一平面內(nèi)周期性排列。

10.如權(quán)利要求9所述的基于超表面的反射型極化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述極化單元在橫縱兩個(gè)方向上不斷重復(fù)排列形成正方形陣列。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于超表面的反射型極化單元以及極化轉(zhuǎn)換器，所述基于超表面的反射型極化單元包括表層的金屬單元結(jié)構(gòu)，中間層的介質(zhì)基板以及底層的金屬底板，且所述金屬單元結(jié)構(gòu)、所述介質(zhì)基板以及所述金屬底板緊密貼合；所述金屬單元結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱圖形，圖形整體呈中間有裂縫的龜殼形，即外部為環(huán)形，所述環(huán)形的內(nèi)部有一鏤空的正六邊形，所述正六邊形的每一頂點(diǎn)均與所述環(huán)形連接，且圖形整體以所述正六邊形的中線為軸分為左右對(duì)稱的兩部分，中間形成一縫隙。本發(fā)明體積小，工作頻帶寬，可通過調(diào)節(jié)制造參數(shù)使其工作頻段能夠精準(zhǔn)覆蓋軍事領(lǐng)域最常用的X波段以及Ku波段，性能優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：張燦,周亞軍,黃力偉,高才志,樊超,高志青,楊強(qiáng),譚頎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15