[发明专利]一种基于谐振腔超表面的线-圆极化转化器

说明书

本发明提出了一种基于谐振腔超表面的线‑圆极化转化器，用于解决现有超表面无法实现双波束双圆极化且波束同时调控的问题，包括e×f个周期性排布的超表面单元，e≥2,f≥2，所述超表面单元，包括l个超表面子单元，l≥3，所述超表面子单元，包括介质基板、印制在该介质基板上下板面的金属贴片，印制在上下板面的金属贴片分别蚀刻有方C型缝隙和矩形缝隙，且每个超表面子单元临近周边的位置，设置有多个金属化过孔；当x极化波沿正z轴传播时，透射波为一个左旋圆极化波和一个右旋圆极化波，且这两个圆极化波的传播方向关于x轴对称。本发明在实现双极化转化的同时，对双波束指向实现调控，可用于卫星及雷达探测等无线通信系统。

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种基于谐振腔超表面的线-圆极化转化器，可用于无线通信和雷达领域。

背景技术

极化方式是电磁波的最基本特征之一，常见的极化方式有线极化、圆极化和椭圆极化，其中圆极化又可分为左旋圆极化和右旋圆极化。在不同的无线通信系统中，对电磁波的极化方式要求是不同的。比如地面与卫星之间使用圆极化电磁波进行通信，雷达系统用两种正交的线极化或者两种正交的圆极化电磁波进行探测扫描等。

随着科技的日益发展，卫星等无线通信系统朝着多功能化、小型化发展，对电磁调控设备的个性化要求也越来越高，因此能够同时实现多种极化状态及波束指向调控的电磁设备对卫星及雷达探测等无线通信系统具有重要的意义。现有的对于电磁波的调控设计，通常仅能在实现单波束极化状态转换的同时实现波束指向的偏折，难以实现分波设计并同时操控各个波束分量的极化状态与波束指向。例如，申请公布号为CN 108429015 A，名称为“一种极化状态与波束指向同时调控的超表面凹面反射镜”的中国专利，公开了一种凹面反射镜结构，该结构使用不同尺寸的人造结构单元，实现了极化状态与波束指向的同时调控，但其同时仅能实现一种极化状态的调控。再如，申请公布号为CN 108183291 A，名称为“一种基于SIW的透射型多层极化转换结构”的中国专利，公开了一种基于SIW的透射型多层极化转换结构，该结构通过在三个金属层中采用SIW结构，实现了电场在该结构中的偏转，但其仅能实现线极化之间的转换且波束指向无法调控。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于谐振腔超表面的线-圆极化转化器，旨在利用谐振腔超表面实现极化转化器双波束双圆极化且波束指向可调的特性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于谐振腔超表面的线-圆极化转化器，包括e×f个周期性排布的超表面单元，e≥2,f≥2，其特征在于，所述超表面单元，包括l个均匀排布的超表面子单元1，l≥3，所述超表面子单元1包括介质基板11、印制在介质基板11上板面的第一金属贴片12和下板面的第二金属贴片13，该超表面子单元1临近周边的位置，设置有多个连接第一金属贴片12和第二金属贴片13的金属化过孔14；所述第一金属贴片12的中心位置蚀刻有方C形缝隙121；所述第二金属贴片13上蚀刻有矩形缝隙131；以超表面单元两端的任意一个超表面子单元1为起点，第c个超表面子单元1中方C形缝隙121的开口方向相对于起点位置的超表面子单元1中方C形缝隙的开口方向的旋转角度为β_c，β_c＝(c-1)*δ'，1≤c≤l，δ'＝360°/l。

上述基于谐振腔超表面的线-圆极化转化器，所述方C形缝隙121，其几何中心与第一金属贴片12的几何中心重合，且该方C形缝隙121的三边长度相等。

上述基于谐振腔超表面的线-圆极化转化器，所述多个金属化过孔14，相邻金属化过孔中心之间的距离为D，且D＜4d，d是金属化过孔的直径，λ₀为电磁波在自由空间的波长，ε_r是介质基板的相对介电常数。