[发明专利]一种基于有源超表面的极化可重构转换器

说明书

本发明提供了一种基于有源超表面的极化可重构转换器，该极化转化器单元是由单个超表面单元和一个PIN二极管组成，每个超表面单元由三层金属，三层介质以及连接顶层和底层的金属化过孔构成。通过控制外围电压控制反射波极化状态。反射波可以是共极化波，也可以是交叉极化波。该转换器不仅对线极化波极化可控，对圆极化波也可以极化可控。该结构工作频率范围覆盖X波段，具有较宽的相对带宽，同时在整个带宽以内有较高的转换效率。本发明设计简便，外围控制电压小且控制电路简单，厚度薄，有良好的通用性，通过调整尺寸结构便可设计在不同工作频段内，易于推广应用。其在雷达散射截面缩减，无线通信中具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于人工电磁材料技术领域，尤其涉及一种基于有源超表面的极化可重构转换器。

背景技术

信息化条件下，电磁波的极化是电磁波空间传播重要研究内容。在通信技术中，利用不同的极化具有不同的传播特性，结合收发天线的极化特性，可以实现电磁波的最佳发射和接收。例如：中波广播采用垂直极化传播，因为电波的特性，如果水平极化的电波传播会在大地表面产生极化电流，极化电流受大地的阻抗影响，而使电场信号衰减掉，而垂直极化方式不易产生极化电流；电视、调频广播和短波广播一般采用水平极化方式。远距离的短波广播为电离层反射传播方式。在雷达抗干扰的研究中，可以通过垂直极化波的天线工作来抑制敌方水平极化波的干扰。极化在电子战争中极为重要，因此需要天线对线极化与圆极化波均具有共极化和交叉极化可重构，通常一副天线仅具有一种极化，而实现天线的极化可控则需要复杂的馈电网络，因此需要一种极化转换器可以实现对线极化波和圆极化波均可以实现共极化与交叉极化的调控。为此满足上述极化可控的转换器在现代雷达、通信及电子侦察与干扰等领域具有重要的新用途。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于有源超表面的极化可重构转换器,以解决对线极化波和圆极化波均可以实现共极化与交叉极化的调控。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种基于有源超表面的极化可重构转换器，包括多个极化转化器单元；

所述极化转化器单元包括超表面单元，每个超表面单元添加一个PIN二极管；

每一列超表面单元的馈电由同一信号控制；所有列超表面单元的控制信号连接到整个超表面单元阵列的一端进行集中控制。

进一步的，每个超表面单元还包括上层介质基板、下层介质基板、一层固化片、两根金属馈电通孔和三层金属；

所述三层金属分别为顶层的金属贴片、中间金属背板、底层的馈电线层；

所述顶层的金属贴片设置在上层介质基板上部；

所述固化片设置在上层介质基板与下层介质基板之间，将上层介质基板与下层介质基板粘在一起；

所述中间金属背板设置在上层介质基板下部；

所述金属馈电通孔贯穿上层介质基板与下层介质基板且连接顶层的金属贴片与底层的馈电线层；

所述底层的馈电线层的每一列直流馈电线最终连接到阵列的一端信号控制板，通过控制外围电压的来控制PIN二极管的通断。

进一步的，馈电线与金属馈电通孔的连接处有两个扇形，抑制交流传输到直流馈线上，降低馈电线对顶层的金属贴片的影响。

进一步的，改变PIN二极管的导通与断开状态，在保持u方向的幅度全反射的同时，改变u方向在通断两种状态的反射相位相差；改变顶层的金属贴片尺寸，使PIN二极管导通与断开两种状态下，u方向的反射相位差为180度，同时v方向的幅度全反射，且相位在通断状态下保持不变，实现对反射波为共极化与交叉极化波的可重构，其中u方向是与x轴逆时针旋转45°的方向，v方向是与x轴顺时针旋转45°的方向。

进一步的，所述PIN二极管导通为1v时即可导通，具有小的外围控制电压。