[发明专利]一种微波频段三频极化无关90度极化旋转器及其应用

说明书

技术领域：

本发明属于微波技术领域，特别涉及一种90度极化旋转器。

背景技术：

90度极化旋转器，具有将入的线极化射波极化方位角旋转90度的特性，可以被应用于遥感、无线通信等系统中。传统的微波频段90度极化旋转器包括Chen Huang提出的U形结构性和Yuqian Ye提出的金属线结构。前者是在介质表面刻蚀不同大小的U形金属谐振结构实现双频90度极化旋转器，但是其只能对特定极化角度的线极化波作用；后者在介质表面刻蚀长方形金属线结构，通过将金属线按90度旋转对称结构排列使得其对不同极化角度的线极化波都有响应，但是这种结构只能在单频点工作，无法满足多频带系统的需要。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种微波频段三频极化无关90度极化旋转器及其应用，以解决上述技术问题；该微波频段三频极化无关90度极化旋转器性能优良，能够在微波频段工作在三个频点，且对入射线极化波极化角度不敏感。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微波频段三频极化无关90度极化旋转器，包括介质基板；介质基板的上表面设有上层金属结构，下表面设有下层金属结构；上层金属结构和下层金属结构均由形状相同的四个电场耦合谐振结构按90度旋转对称形式排列而成；上层金属结构的电场耦合谐振结构与对应下层金属结构的电场耦合谐振结构相对扭转45度。

本发明进一步的改进在于：电场耦合谐振结构包括圆环和对称设置于圆环内的两个T形金属线；T形金属线包括相互垂直连接的第一金属线和第二金属线；两个T形金属线对称设置于圆环内，两个第一金属线间隔设置，第二金属线一端连接第一金属线，另一端连接圆环。

本发明进一步的改进在于：介质基板的厚度为h，宽度和长度均为h1；圆环的半径为r，圆环的宽度为w1；第一金属线的宽度为w2，第一金属线的长度为w3，第二金属线的宽度为w4，两个第一金属线之间的间隙宽度为g；h：h1：r：w1：w2：w3：w4：g=3.18：14：3：0.4：1.3：3.1：0.1：0.1。

本发明进一步的改进在于：h=3.18mm，h1=14mm，r=3mm，w1=0.4mm，w2=1.3mm，w3=3.1mm，w4=0.1mm，g=0.1mm。

本发明进一步的改进在于：上层金属结构和下层金属结构的四个电场耦合谐振结构均按90度旋转对称形式排列，构成一种对入线极化射波极化角度不敏感的手性超材料。

本发明进一步的改进在于：上层金属结构和下层金属结构上对应的圆环位置重合。

本发明进一步的改进在于：所述介质基板为Taconic RF-60，其相对介电常数为6.18。

本发明进一步的改进在于：所述微波频段三频极化无关90度极化旋转器在微波频段的三个频点9.7GHz、11.53GHz和13.53GHz的交叉极化透射系数均大于0.9，同极化透射系数均小于0.15，极化旋转角度大于85度，椭圆度小于1度。

一种微波频段三频极化无关90度极化旋转器在制备天线中的应用。

本发明进一步的改进在于：所述的天线为变极化天线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用具有90度旋转对称特性的手性超材料结构，不需要多层介质和不同贴片结构，结构简单，同时，本发明采用电场耦合谐振结构，可以使90度极化旋转器工作在微波频段的三个频点，极大地增加了所涉及器件的实用性。另外，通过将电场耦合谐振结构按90度旋转对称形式排列，使所涉及的90度计划旋转器具有对入射线极化波极化角度不敏感的特性，实用性更强。本发明的微波频段三频极化无关90度极化旋转器结构简单、可以工作在多频段，对入射线极化波极化角度不敏感，具有良好的应用前景。

本发明的微波频段三频极化无关90度极化旋转器可以广泛的应用于天线设计中以实现变极化天线。

附图说明

图1为本发明微波频段三频极化无关90度极化旋转器的上层结构示意图；

图2为本发明微波频段三频极化无关90度极化旋转器的下层结构示意图；

图3为本发明微波频段三频极化无关90度极化旋转器的电场耦合谐振结构示意图；

图4为本发明具体实施方式所述微波频段三频极化无关90度极化旋转器的幅频特性仿真结果图；

图5为本发明具体实施方式所述基于微波频段三频极化无关90度极化旋转器的旋转方位角和椭圆度仿真结果图。

其中，1为上层金属结构；2为下层金属结构；3为介质基板；4为电场耦合谐振结构。