[发明专利]一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器

说明书

本发明公开一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器，由介质基底层、有源超表面层和金属地板层组成；有源超表面层由多个相同的蝶形结构单元组成，这些蝶形结构单元在介质基底层的上表面呈规则矩阵式间隔排列；金属地板层由多条相同的条状金属片组成，这些条状金属片在介质基底的下表面呈并行式间隔排列；上述介质基底层上开设有多个金属过孔，金属贴片均通过对应的金属过孔与其正下方的条状金属片相连。本发明通过控制变容二极管的偏置电压实现器件功能的切换，使其具有线极化偏转、椭圆极化转换和圆极化转换等多重功能，解决了极化器功能单一的问题。

技术领域

本发明涉及极化转换器技术领域，具体涉及一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器。

背景技术

极化是电磁波的重要特性之一，在通信、成像、传感等领域内有重要应用。基于超表面的新型极化转换器件具有重量轻、结构简单、损耗低等优点而被广泛应用。然而该类器件通常由无源超表面构成，由此设计的极化转换器功能单一，不具备可调谐特性。若要实现器件的多功能特性，则必须修改超表面的几何结构和参数，并进行重新设计，这极大限制了器件的应用。

发明内容

本发明针对现有极化转换器不具备可调谐特性的问题，提供一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器，包括极化转换器本体，该极化转换器本体由介质基底层、有源超表面层和金属地板层组成。上述有源超表面层由多个相同的蝶形结构单元组成，这些蝶形结构单元在介质基底层的上表面呈规则矩阵式间隔排列；每个蝶形结构单元均由1个变容二极管和2片金属贴片所构成；2片金属贴片结构完全相同，并呈镜像对称地设置在变容二极管的两侧，且变容二极管的2个管脚分别与这2片金属贴片相连。上述金属地板层由多条相同的条状金属片组成，这些条状金属片在介质基底的下表面呈并行式间隔排列；条状金属片的数量为有源超表面层上的蝶形结构单元列数的2倍，即每一列蝶形结构单元的左侧金属贴片的正下方设有一条沿列向延伸的条状金属片即左侧条状金属片，每一蝶形结构单元的右侧金属贴片的正下方设有另一条沿列向延伸的条状金属片即右侧条状金属片；左侧条状金属片和右侧条状金属片分别连接偏置电源的其中一极。上述介质基底层上开设有多个金属过孔；金属过孔的数量与有源超表面层上的金属贴片的数量相同，且每个金属过孔均位于对应金属贴片的正下方；每个金属贴片均通过对应的金属过孔与其正下方的条状金属片相连。

上述方案中，金属贴片为等腰梯形、等腰三角形或水滴形。

上述方案中，介质基底层为FR4介质板。

上述方案中，每一列的左侧条状金属片均与偏置电源的同一极相连，每一列的右侧条状金属片均与偏置电源的另一极相连。

上述方案中，通过改变偏置电源来调整极化转换器本体在x方向的表面阻抗，以实现对极化转换器本体在x方向上反射波的调控，并最终实现对极化转换器本体在x方向和y方向上反射波的合成波的极化态的调控。

与现有技术相比，本发明能够通过控制变容二极管的偏置电压实现器件功能的切换，使其具有线极化偏转、椭圆极化转换和圆极化转换等多重功能，从而解决了极化器功能单一的问题。另外，采用栅状条状金属片为地板，使其同时兼有反射板和二极管偏置线的功能，不需要单独为二极管设置偏置线，简化了器件结构。

附图说明

图1为一种基于有源超表面的功能可重构极化转换器的立体结构示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3为单个蝶形结构单元的结构示意图。

图4为偏置电压加载方式。

图5为变容二极管偏置电压为0V时，器件对u极化方向入射波的反射系数的振幅曲线图。