[发明专利]基于固态等离子体的超宽带极化转换器

说明书

本发明提供了一种基于固态等离子体的超宽带极化转换器，由单元结构周期排列而成，单元结构包括介质基板、设置在该介质基板底层的金属反射板，以及嵌设在该介质基板顶层的固态等离子体谐振单元，固态等离子体谐振单元上加载有用于激励的偏置电压，偏置电压与激励控制模块电连接并受激励控制模块控制；固态等离子体谐振单元包括两个沿介质基板X轴中心线对称分布的第一谐振单元，以及分别触接在每个第一谐振单元两侧的第二谐振单元，四个第二谐振单元沿介质基板X轴、Y轴中心线两两对称分布。本发明结构简单、电磁性能佳，通过加载偏置电压进行激励产生固态等离子体，频带覆盖范围宽且益于极化调控，普适性高且适用于复杂电磁环境。

技术领域

本发明涉及一种极化转换器，具体涉及一种基于固态等离子体的超宽带极化转换器，属于微波器件技术领域。

背景技术

传统的极化转换器体积庞大、应用受限，经研究发现，亚波长结构的超材料具有优良的各向异性，采用超材料构成的极化转换器，结构紧凑、外形小巧且电磁性能佳。固态等离子体作为一种超材料，是通过外加光、电等激励从而在半导体本征层形成的。因此固态等离子体未激励时，即为未激励状态，表现出类似半导体的介质特性；固态等离子体外加激励且固态等离子体内载流子浓度达到一定值时，即为激励状态，表现为金属特性。

圆极化波可以降低极化不一致引起的能量损耗，可以降低雨雾和建筑物等的干扰，因此被广泛应用于军事和民用的卫星通信、无线遥感等系统中。近年来，随着电子科技及线-圆极化转换技术的迅速发展，如何使用超材料极化转换器、特别是频率可重构/可调谐的超材料极化转换器来实现线-圆极化转换，如何通过调控使得极化转换器的工作范围能根据实际需求而相应调整，从而获得更高的普适性，成为本领域技术人员的研究方向和研究重点。

目前，一般通过引入大量的集总元件来实现其可调控的线-圆极化转换功能，该方法制备的极化转换器控制电路相对复杂，不利于集成和芯片化一体制造，普适性不佳，较难适应复杂电磁环境。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于固态等离子体的超宽带极化转换器，该极化转换器结构简单、电磁性能佳，通过加载偏置电压进行激励进而产生固态等离子体，可实现超宽带范围内的线-圆极化转换和圆极化工作频带的调控，普适性高且适用于复杂电磁环境。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于固态等离子体的超宽带极化转换器，由单元结构周期排列而成，所述单元结构包括介质基板、设置在该介质基板底层的金属反射板，以及嵌设在该介质基板顶层的固态等离子体谐振单元，所述固态等离子体谐振单元上加载有用于激励的偏置电压，所述偏置电压与激励控制模块电连接并受激励控制模块控制；所述固态等离子体谐振单元包括两个沿介质基板X轴中心线对称分布的第一谐振单元，以及分别触接在每个所述第一谐振单元两侧的第二谐振单元，四个所述第二谐振单元沿介质基板X轴、Y轴中心线两两对称分布。

进一步地，所述第一谐振单元和所述第二谐振单元均由PIN单元阵列构成，且相邻两PIN单元间均设置有隔离层。

进一步地，所述PIN单元为PIN二极管，尺寸为0.1mm×0.1mm。

进一步地，所述隔离层的材质为二氧化硅。

进一步地，所述介质基板的材质为聚四氟乙烯，相对介电常数为2.65，损耗角正切值为0.001。

进一步地，所述介质基板呈正方形，边长为10mm，厚度为2mm。

进一步地，所述介质基板的型号为Neltec NY9220，相对介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。

进一步地，所述金属反射板为铜层，所述铜层厚度为0.018mm。

进一步地，所述第一谐振单元呈“U”型，且两个所述第一谐振单元在Y轴方向的水平间距为2.3mm。