一种基于超材料的宽带极化器
阅读说明：本技术 一种基于超材料的宽带极化器 (Broadband polarizer based on metamaterial ) 是由 姜彦南 黄夏琳 梅立荣 王娇 曹卫平 陆路聪 于 2021-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于超材料的宽带极化器,所述第一层介质板、所述第二层介质板、所述第三层介质板、所述第四层介质板和所述铜接地板依次排布,所述第一开口谐振圆环设置在所述第一层介质板和所述第二层介质板之间,所述第二开口谐振圆环设置在所述第二层介质板和所述第三层介质板之间,所述第三开口谐振圆环设置在第三层介质板和所述第四层介质板之间,所述第一开口谐振圆环、所述第二开口谐振圆环和所述第三开口谐振圆环呈同心圆样式布置,所述基于超材料的宽带极化器实现了整体高度为12.8mm的多层谐振环叠加结构,同时在2.7至4.6GHz频段内实现了99％以上的极化转换特性。(The invention discloses a broadband polarizer based on metamaterials, wherein a first dielectric slab, a second dielectric slab, a third dielectric slab, a fourth dielectric slab and a copper grounding plate are sequentially arranged, the first open resonant ring is arranged between the first layer of dielectric plate and the second layer of dielectric plate, the second open-ended resonant ring is arranged between the second layer of dielectric plate and the third layer of dielectric plate, the third opening resonance ring is arranged between the third layer of dielectric slab and the fourth layer of dielectric slab, the first split resonant ring, the second split resonant ring and the third split resonant ring are arranged in a concentric circle pattern, the broadband polarizer based on the metamaterial realizes a multilayer resonance ring superposition structure with the overall height of 12.8mm, meanwhile, the polarization conversion characteristic of more than 99% is realized in the frequency band of 2.7 to 4.6 GHz.)
技术领域
本发明涉及极化器技术领域，尤其涉及一种基于超材料的宽带极化器。
背景技术
超材料通常是指一种人工周期结构，它具有天然材料所不具备的物理特性。近年来，超材料以其奇异的电磁特性引起了学者们的广泛关注。同时，超材料在电磁波极化状态控制方面也有重要的应用前景。极化转换器是具有控制电磁波极化方向功能的器件，而且在电磁波传播的应用中是一种非常重要的器件，尤其在纳米光子器件和先进传感器等领域中具有重要的应用价值。除此之外，在微波波段，极化转换器在圆极化天线以及雷达天线罩的设计方面也起着至关重要的作用。电磁波的极化是指在空间任意给定点上电磁波的电场大小和方向随时间变化的方式。传统的实现电磁波极化调控的方法往往是基于双折射效应，并采用双色性固态晶体和扭曲向列液晶来实现。但是这类传统的极化转换器件都存在一定的缺点，这些传统的极化调控器件设计过程较为复杂，整个结构厚度大，且对材料和加工工艺的要求很高。基于电磁超表面的极化转换器则能有效避免上述极化转换设备的缺点，并且能实现宽带和多极化转换的要求，对于构建多功能极化转换器件具有重要作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有频带宽、高极化转换效率的基于超材料的宽带极化器。
为实现上述目的，本发明采用的一种基于超材料的宽带极化器，包括第一层介质板、第二层介质板、第三层介质板、第四层介质板、铜接地板、第一开口谐振圆环、第二开口谐振圆环和第三开口谐振圆环，所述第一层介质板、所述第二层介质板、所述第三层介质板、所述第四层介质板和所述铜接地板依次排布，所述第一开口谐振圆环设置在所述第一层介质板和所述第二层介质板之间，所述第二开口谐振圆环设置在所述第二层介质板和所述第三层介质板之间，所述第三开口谐振圆环设置在第三层介质板和所述第四层介质板之间，所述第一开口谐振圆环、所述第二开口谐振圆环和所述第三开口谐振圆环呈同心圆样式布置。
其中，所述第一开口谐振圆环开具有两个第一缺口，两个所述第一缺口分别位于所述第一开口谐振圆环上顺时针的45°和225°位置，所述第二开口谐振圆环开具有两个第二缺口，两个所述第二缺口分别位于所述第二开口谐振圆环顺时针的135°和315°位置，所述第三开口谐振圆环开具有两个第三缺口，两个所述第二缺口分别位于所述第三开口谐振圆环顺时针的45°和225°位置。
其中，所述第一层介质板、所述第二层介质板、所述第三层介质板和所述第四层介质板的长宽尺寸均为22mm，所述第一层介质板的高度为5mm，所述第二层介质板和所述第四层介质板的高度均为2.4mm，所述第三层介质板的高度为3mm。
其中，所述第一开口谐振圆环外半径为4.8mm，内半径为4mm，所述第一开口的宽度为1.2mm。
其中，所述第二开口谐振圆环外半径为6.8mm，内半径为6mm，所述第二开口的宽度为1.2mm。
其中，所述第三开口谐振圆环外半径为8.8mm，内半径为8mm，所述第三开口的宽度为2mm。
其中，所述铜接地板的长宽尺寸与所述第四层介质板的相同。
其中，所述基于超材料的宽带极化器还包括十字交叉结构，所述十字交叉结构设置在所述第一开口谐振圆环内中心位置，所述十字交叉结构的长度为7mm，宽度为1.2mm。
本发明的一种基于超材料的宽带极化器，所述第一层介质板、所述第二层介质板、所述第三层介质板、所述第四层介质板和所述铜接地板依次排布，所述第一开口谐振圆环设置在所述第一层介质板和所述第二层介质板之间，所述第二开口谐振圆环设置在所述第二层介质板和所述第三层介质板之间，所述第三开口谐振圆环设置在第三层介质板和所述第四层介质板之间，所述第一开口谐振圆环、所述第二开口谐振圆环和所述第三开口谐振圆环呈同心圆样式布置，所述基于超材料的宽带极化器实现了整体高度为12.8mm的多层谐振环叠加结构，同时在2.7至4.6GHz频段内实现了99％以上的极化转换特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种基于超材料的宽带极化器的结构示意图。
图2是本发明的基于超材料的宽带极化器当入射电磁波为y极化波时的反射系数随频率变化的示意图。
图3是本发明的基于超材料的宽带极化器的极化转换效率随频率变化的示意图。
1-第一层介质板、2-第二层介质板、3-第三层介质板、4-第四层介质板、5-铜接地板、6-第一开口谐振圆环、7-第二开口谐振圆环、8-第三开口谐振圆环、9-十字交叉结构、61-第一缺口、71-第二缺口、81-第三缺口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，本发明提供了一种基于超材料的宽带极化器，包括第一层介质板1、第二层介质板2、第三层介质板3、第四层介质板4、铜接地板5、第一开口谐振圆环6、第二开口谐振圆环7和第三开口谐振圆环8，所述第一层介质板1、所述第二层介质板2、所述第三层介质板3、所述第四层介质板4和所述铜接地板5依次排布，所述第一开口谐振圆环6设置在所述第一层介质板1和所述第二层介质板2之间，所述第二开口谐振圆环7设置在所述第二层介质板2和所述第三层介质板3之间，所述第三开口谐振圆环8设置在第三层介质板3和所述第四层介质板4之间，所述第一开口谐振圆环6、所述第二开口谐振圆环7和所述第三开口谐振圆环8呈同心圆样式布置。
所述第一开口谐振圆环6开具有两个第一缺口61，两个所述第一缺口61分别位于所述第一开口谐振圆环6上顺时针的45°和225°位置，所述第二开口谐振圆环7开具有两个第二缺口71，两个所述第二缺口71分别位于所述第二开口谐振圆环7顺时针的135°和315°位置，所述第三开口谐振圆环8开具有两个第三缺口81，两个所述第二缺口71分别位于所述第三开口谐振圆环8顺时针的45°和225°位置。
所述第一层介质板1、所述第二层介质板2、所述第三层介质板3和所述第四层介质板4的长宽尺寸均为22mm，所述第一层介质板1的高度为5mm，所述第二层介质板2和所述第四层介质板4的高度均为2.4mm，所述第三层介质板3的高度为3mm。
所述第一开口谐振圆环6外半径为4.8mm，内半径为4mm，所述第一缺口61的宽度为1.2mm。
所述第二开口谐振圆环7外半径为6.8mm，内半径为6mm，所述第二缺口71的宽度为1.2mm。
所述第三开口谐振圆环8外半径为8.8mm，内半径为8mm，所述第三缺口81的宽度为2mm。
所述铜接地板5的长宽尺寸与所述第四层介质板4的相同。
所述基于超材料的宽带极化器还包括十字交叉结构9，所述十字交叉结构9设置在所述第一开口谐振圆环6内中心位置，所述十字交叉结构9的长度为7mm，宽度为1.2mm。
在本实施方式中，所述第一层介质板1为矩形，材料为聚四氟乙烯，所述第二层介质板2、所述第三层介质板3和所述第四层介质板4均为矩形，材料为FR4，所述铜接地板5材料为金属铜，长度和宽度均为22mm。所述第一开口谐振圆环6、所述第二开口谐振圆环7、所述第三开口谐振圆环8以及所述十字交叉结构9材料均为金属铜。
本发明还就此进行了仿真实验，请参阅图2，仿真结果表明最终优化的所述基于超材料的宽带极化器在2.7GHz到4.6GHz的频率范围内实现交叉极化。
请参阅图3，仿真结果表明最终优化的所述基于超材料的宽带极化器在2.7GHz到4.6GHz的频率范围内极化转换效率达99％以上。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种双极化超宽带三维电磁波吸收体