阅读说明：本技术 一种双频极化转化超表面单元 (Dual-frequency polarization conversion super-surface unit ) 是由 陈磊 于 2020-05-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种双频极化转化超表面单元,包括依次设置的表层金属结构层、中间介质板层和底层金属；表层金属结构层包括第一L型金属贴片、第二L型金属贴片和第一重叠方形金属贴片,整个表层金属结构层为中心对称图形。本发明采用了由两个正方形重叠放置而组成的重叠方形金属贴片和两个L型金属贴片所构成的金属结构,基本单元在8.86GHz附近以及14.98GHz至16.09GHz范围内,能够实现高效的极化转化功能。在线极化电磁波的照射下,单元在上述两个频率范围内能将入射波大部分能量反射至其交叉极化方向,并且入射波同极化方向的反射幅度均小于-10dB。(The invention discloses a dual-frequency polarization conversion super-surface unit, which comprises a surface metal structure layer, a middle medium plate layer and a bottom metal layer which are sequentially arranged, wherein the surface metal structure layer comprises a first L type metal patch, a second L type metal patch and a first overlapped square metal patch, and the whole surface metal structure layer is a centrosymmetric pattern.)

一种双频极化转化超表面单元

技术领域

本发明属于新型人工电磁材料技术领域，特别涉及一种在微波段具有双频极化转化超表面单元。

背景技术

超材料是由亚波长单元结构按周期或非周期的排列方式，所构成的新型人工电磁材料，具有超出一般天然材料的电磁特性。其奇异的电磁特性主要依赖于亚波长共振结构的几何图形与尺寸。目前超材料已经广泛应用于吸波材料、电磁隐身、透镜等领域。超表面，即二维超材料，其结构紧凑且加工灵活，同时又保持了独特的电磁特性，故逐渐开始替代原始的三维结构。近年来基于超表面提出了各种应用，覆盖了全息成像、波矢调控、极化转化等各种调控能力。

极化是电场强度矢量在空间某一点随时间的变化规律。电磁波的极化与幅度和相位等基本物理量有重要的地位，同样可以用来传递信息。在微波频段，电磁波的极化控制在雷达、光纤通信、极化测量以及医学成像等领域具有广泛的应用。例如，在目标识别中，利用极化特性可辨别出隐身目标；在保密通信中，需要实时转变电磁波的极化状态等。

近年来，由于无线通信的迅速发展，对无线设备提出了更高的要求，其中双频段受到了越来越多的关注。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种双频极化转化超表面单元，单元可以在两个频率范围内，高效地实现线极化到交叉极化的转化。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双频极化转化超表面单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层、中间介质板层和底层金属；所述表层金属结构层包括贴附于上层介质板层上表面的第一L型金属贴片、第二L型金属贴片和第一重叠方形金属贴片，整个表层金属结构层为中心对称图形。

进一步的，所述基本单元的周期边长p为9-11mm；所述第一L型金属贴片和第二L型金属贴片的边长L1均为4-5mm，宽度W1均为0.65-0.85mm；第一重叠方形金属贴片的两个重叠正方形的边长L2均为1-3mm，两个重叠正方形上下以及左右平移的距离W2均为1.4-1.6mm；所述中间介质板层的厚度H为0.8-1.0mm，介电常数为4.1-1.5，损耗角正切为0.000-0.006。

优选的，所述基本单元的周期边长p为10mm；所述第一L型金属贴片和第二L型金属贴片的边长L1均为5mm，宽度W1均为0.75mm；第一重叠方形金属贴片的两个重叠正方形的边长L2均为2mm，两个重叠正方形上下以及左右平移的距离W2均为1.5mm；所述中间介质板层的厚度H为0.9mm。

进一步的，所述超表面基本单元在线极化电磁波的照射下，在8.86GHz附近以及14.98GHz至16.09GHz范围内同极化方向的反射幅度均小于-10dB，入射波大部分能量被反射至其交叉极化方向。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过采用特定的金属结构，使超表面基本单元实现了双频极化转化功能；

2.本发明具有一定的宽带特性，超表面基本单元在一定的频带内均能实现功能，

3.本发明加工简单，便于实现，仅依靠简单的金属图样，在微波频段内易于制备加工。

附图说明

图1是本发明中基本单元的正面结构示意图；

图2是本发明中基本单元的反面结构示意图；

图3是本发明中基本单元的截面结构示意图；

其中：1-表层金属结构层，11-第一L型金属贴片，12-第二L型金属贴片，13-第一重叠方形金属贴片，2-中间介质板层，3-底层金属；P为基本单元的周期边长；L1为L型金属贴片的边长；W1为L型金属贴片的宽度；L2为重叠正方形的边长；W2为重叠正方形上下以及左右平移的距离；H为介质板层的厚度；

图4是本发明中基本单元的仿真结果，其中：图4（a）是超表面单元同极化反射幅度仿真结果，图4（b）是交叉极化反射幅度仿真结果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-3所示，一种双频极化转化超表面单元，其特征在于：基本单元包括自上而下依次设置的表层金属结构层1、中间介质板层2和底层金属3；所述表层金属结构层1包括贴附于上层介质板层上表面的第一L型金属贴片11、第二L型金属贴片12和第一重叠方形金属贴片13，整个表层金属结构层1为中心对称图形。

所述基本单元的周期边长p为9-11mm；所述第一L型金属贴片11和第二L型金属贴片12的边长L1均为4-5mm，宽度W1均为0.65-0.85mm；第一重叠方形金属贴片13的两个重叠正方形的边长L2均为1-3mm，两个重叠正方形上下以及左右平移的距离W2均为1.4-1.6mm；所述中间介质板层2的厚度H为0.8-1.0mm，介电常数为4.1-1.5，损耗角正切为0.000-0.006。

作为一个优选方案，所述基本单元的周期边长p为10mm；所述第一L型金属贴片11和第二L型金属贴片12的边长L1均为5mm，宽度W1均为0.75mm；第一重叠方形金属贴片13的两个重叠正方形的边长L2均为2mm，两个重叠正方形上下以及左右平移的距离W2均为1.5mm；所述中间介质板层2的厚度H为0.9mm。

具体而言，所述超表面基本单元在线极化电磁波的照射下，在8.86GHz附近以及14.98GHz至16.09GHz范围内同极化方向的反射幅度均小于-10dB，入射波大部分能量被反射至其交叉极化方向。

如图4所示，由仿真结果可知，单元在线极化电磁波的入射下，在8.86GHz附近以及14.98GHz至16.09GHz范围内，图4（a）中，入射波同极化方向的反射幅度均小于-10dB。同时由图4（b）可知，在上述两个频率范围内，单元在入射波交叉极化方向的反射幅度较高。仿真结果表明了超表面基本单元能在两个特定频率范围内，将线极化入射波大部分能量高效地转换至其交叉极化方向，实现了双频极化转化的功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。