CN106450793B - 一种宽带选择性透波极化调控电磁结构 - Google Patents
一种宽带选择性透波极化调控电磁结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106450793B CN106450793B CN201610817911.2A CN201610817911A CN106450793B CN 106450793 B CN106450793 B CN 106450793B CN 201610817911 A CN201610817911 A CN 201610817911A CN 106450793 B CN106450793 B CN 106450793B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polarization
- metal
- electromagnetic structure
- electromagnetic
- follows
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 89
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 title claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000007142 ring opening reaction Methods 0.000 claims abstract 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 32
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 11
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 11
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters
- H01Q15/242—Polarisation converters
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
本发明属于电子材料技术领域，提供一种宽带选择性透波极化调控电磁结构，该结构共包含5层，表层和底层为相同尺寸的金属开口谐振环、且开口方向相互垂直，中间层为金属偶极子，金属偶极子与谐振环之间均为介质基板；所述金属开口谐振环开口方向沿对角线方向，所述金属偶极子长轴方向与谐振环开口方向呈45°夹角。本发明电磁结构具有非对称传输特性和非对称透波功能，且制备工艺简单成熟、可操作性强、成本较低；同时该结构在入射角度为0°至30°范围内，均能保持较高的极化转换率、较宽的极化转换频带以及稳定的选择性透波工作频段。
Description
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，涉及电磁结构设计，具体为一种宽带选择性透波极化调控电磁结构。
背景技术
极化状态是电磁波的一个非常重要的特征，应用电磁波的极化性能可对探测目标进行识别、编码和抽样；电磁波的极化调控在通信、导航和雷达等高科技领域已经获得广泛的应用。调控电磁波的极化状态一直是人们想要实现的重要目标，自然界中能够调控电磁波极化状态的媒质非常有限，且效率低下。因此，通过人工方法来控制电磁波的极化状态一直是人们想要实现的目标。
人工电磁结构已经成为了一种可以调控电磁波极化特性的理想材料，通过人工电磁结构基本单元结构的设计可以实现对电磁波的极化调控。传统的透射型电磁波极化状态调控的方法包括光栅调控、二色晶体调控以及通过双折射效应来实现；但是这一类型的极化调控电磁结构需要复杂的设计和较大的结构厚度来改变电磁波的相位以达到极化调控的目的。目前，现有极化调控电磁结构普遍存在极化调控带宽窄、极化调控效率低下及结构厚度较大等问题，尤其当电磁波的入射角度发生改变时，电磁结构对电磁波的极化调控性能极度恶化。因此，减小结构厚度，开展多种结构形式综合的极化调控电磁结构，增大极化调控带宽、提高极化调控效率及改善不同入射角度下的极化调控性能是亟需解决的技术问题。
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，提供一种宽带选择性透波极化调控电磁结构；该结构具有非对称传输特性，即当一种极化电磁波正向入射通过该结构时，透射电磁波发生极化转换；而当相同极化电磁波从反向入射通过该结构时，则不能通过该结构，发生全反射的现象。同时，该结构具有非对称透波功能，即当两种极化波入射通过该结构时，透射的两种电磁波在不同频段发生极化转换；该功能可被应用作为极化控制开关—当入射波极化状态变为正交偏振态时，开关就被打开或者关闭。此外，本发明提供极化调控电磁结构在极化调控带宽、极化调控效率及入射角度等方面均优于现有极化调控电磁结构。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种宽带选择性透波极化调控电磁结构，其特征在于，该结构共包含5层，表层和底层为相同尺寸的金属开口谐振环、且开口方向相互垂直，中间层为金属偶极子，金属偶极子与谐振环之间均为介质基板；所述金属开口谐振环开口方向沿对角线方向，所述金属偶极子长轴方向与谐振环开口方向呈45°夹角。
进一步的，所述介质基板的电磁参数为：相对介电常数实部范围为3.2～4.6，虚部范围为0～0.2。
所述金属开口谐振环的外边长为：3.5～6.5mm，内边长为：0.8～2.0mm，开口缝隙间距为：0.8～1.6mm。
所述金属偶极子的长度为：5.0～7.5mm，宽度为：1.5～4.5mm。
所述极化调控电磁结构的周期为：6.5～8.5mm，结构厚度为：3.0～6.0mm。
本发明提供极化调控电磁结构采用PCB(Print Circuit Board，印刷电路板)工艺将周期性金属图形阵列分别涂覆在所述介质基板表面和背面形成。
本发明的有益效果在于：
1.本发明极化调控电磁结构制作工艺简单成熟、可操作性强、成本较低；
2.本发明极化调控电磁结构具有非对称极化传输功能，即同一极化波从正方向(-z方向)入射，通过该结构后发生极化转换，当该极化波从负方向(z方向)入射时，则发生全反射的现象；
3.本发明极化调控电磁结构具有较宽的极化转换频带和较高的极化转换率；
4.本发明极化调控电磁结构具有选择性透波功能；
5.本发明极化调控电磁结构在入射角度为0°至30°范围内，均能保持较高的极化转换率、较宽的极化转换频带以及稳定的选择性透波工作频段；
6.通过合理调整周期性金属图形的尺寸和结构厚度，本发明同样适合于其它类似的电磁调控结构。
附图说明
图1为本发明宽带选择性透波极化调控电磁结构示意图；其中，(a)为单元结构示意图，(b)为表层谐振环，(c)为中间层偶极子，(d)为底层谐振环；p为周期性单元边长，2t为结构的总厚度；谐振环的参数为：外边长为a、内边长b、开口缝隙间距为g；偶极子长度为l，宽度为w。
图2为实施例1极化调控电磁结构当电磁波沿-z方向(正方向)入射时，电磁结构的传输系数曲线；其中，传输系数tij的下标i和j分别对应传输和入射电磁波的极化状态(i，j＝u，v)，同极化传输系数tvv和tuu重合。
图3为实施例1极化调控电磁结构当电磁波沿z方向(反方向)入射时，电磁结构的传输系数曲线；其中，同极化传输系数tvv和tuu重合。
图4为实施例1极化调控电磁结构在入射角度从0°增大到30°条件下，电磁波沿-z方向入射时的交叉极化反射系数tvu曲线。
图5为实施例1极化调控电磁结构在入射角度从0°增大到30°条件下，电磁波沿-z方向入射时的交叉极化反射系数tuv曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供一种宽带选择性透波极化调控电磁结构，该结构共包含5层，表层和底层为相同尺寸的金属开口谐振环、且开口方向相互垂直，中间层为金属偶极子，金属偶极子与谐振环之间均为介质基板；所述金属开口谐振环开口方向沿对角线方向，所述金属偶极子长轴方向与谐振环开口方向呈45°夹角。本实施例是在t＝2.0mm的介质基板表面涂覆周期性金属图案实现，其单元尺寸为：p＝7.5mm，a＝5.0mm，b＝1.4mm，g＝1.0mm，l＝7.0mm，w＝3.0mm；介质基板的电磁参数范围为：相对介电常数实部范围为2.0～4.6，虚部范围为0～0.1。
对上述极化调控电磁结构进行仿真，其结果如图2至图5所示，其在u极化电磁波垂直入射下，极化转换效率大于86％的频带宽度为10.0GHz～12.3GHz；在v极化电磁波垂直入射下，极化转换效率大于86％频带宽度为16.6GHz～22.3GHz；当电磁波入射角度增大至30°时，u极化波入射下，极化转换效率大于76％的频带宽度为9.8GHz～12.2GHz；v极化波入射下，极化转换效率大于76％的频带宽度为15.3GHz～21.2GHz。电磁结构在两种极化波入射下产生了不同的极化转换频带，具有选择滤波特性，且极化转换效率和频带宽度都能得到加强。
实施例2
本实施例宽带选择性透波极化调控电磁结构是在t＝2.5mm的介质基板表面涂覆周期性金属图案实现，其单元尺寸为：p＝7.5mm，a＝5.0mm，b＝1.4mm，g＝1.0mm，l＝7.0mm，w＝3.0mm；介质基板的电磁参数范围为：相对介电常数实部范围为2.0～4.6，虚部范围为0～0.1。
上述极化调控电磁结构，在u极化电磁波垂直入射下，极化转换效率大于90％的频带宽度为9.8GHz～11.0GHz；在v极化电磁波垂直入射下，极化转换效率大于90％频带宽度为15.7GHz～20.0GHz；当电磁波入射角度增大至30°时，u极化波入射下，极化转换效率大于88％的频带宽度为9.9GHz～11.3GHz；v极化波入射下，极化转换效率大于88％的频带宽度为16.0GHz～20.1GHz。电磁结构在两种极化波入射下产生了不同的极化转换频带，具有选择滤波特性，且极化转换效率和频带宽度都能得到加强。
实施例3
本实施例宽带选择性透波极化调控电磁结构是在t＝2.5mm的介质基板表面涂覆周期性金属图案实现，其单元尺寸为：p＝8.0mm，a＝4.8mm，b＝1.6mm，g＝1.0mm，l＝7.0mm，w＝3.0mm；介质基板的电磁参数范围为：相对介电常数实部范围为2.0～4.6，虚部范围为0～0.1。
上述极化调控电磁结构，在u极化电磁波垂直入射下，极化转换效率大于87％的频带宽度为9.8GHz～11.6GHz；在v极化电磁波垂直入射下，极化转换效率大于87％频带宽度为15.8GHz～20.3GHz；当电磁波入射角度增大至30°时，u极化波入射下，极化转换效率大于86％的频带宽度为9.8GHz～12.0GHz；v极化波入射下，极化转换效率大于86％的频带宽度为16.4GHz～20.5GHz。电磁结构在两种极化波入射下产生了不同的极化转换频带，具有选择滤波特性，且极化转换效率和频带宽度都能得到加强。
实施例4
本实施例宽带选择性透波极化调控电磁结构是在t＝2.3mm的介质基板表面涂覆周期性金属图案实现，其单元尺寸为：p＝7.5mm，a＝4.8mm，b＝1.6mm，g＝1.0mm，l＝7.0mm，w＝3.0mm；介质基板的电磁参数范围为：相对介电常数实部范围为2.0～4.6，虚部范围为0～0.1。
上述极化调控电磁结构，在u极化电磁波垂直入射下，极化转换效率大于83％的频带宽度为9.8GHz～12.1GHz；在v极化电磁波垂直入射下，极化转换效率大于83％频带宽度为16.1GHz～20.5GHz；当电磁波入射角度增大至30°时，u极化波入射下，极化转换效率大于76％的频带宽度为9.7GHz～12.9GHz；v极化波入射下，极化转换效率大于76％的频带宽度为16.1GHz～21.0GHz。电磁结构在两种极化波入射下产生了不同的极化转换频带，具有选择滤波特性，且极化转换效率和频带宽度都能得到加强。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (5)
1.一种宽带选择性透波极化调控电磁结构，其特征在于，该电磁结构共包含5层，表层和底层为相同尺寸的金属开口谐振环、且开口方向相互垂直，中间层为金属偶极子，金属偶极子与谐振环之间均为介质基板；所述金属开口谐振环开口方向沿对角线方向，所述金属偶极子长轴方向与谐振环开口方向呈45°夹角。
2.按权利要求1所述宽带选择性透波极化调控电磁结构，其特征在于，所述金属开口谐振环的外边长为：3.5～6.5mm，内边长为：0.8～2.0mm，开口缝隙间距为：0.8～1.6mm。
3.按权利要求1所述宽带选择性透波极化调控电磁结构，其特征在于，所述金属偶极子的长度为：5.0～7.5mm，宽度为：1.5～4.5mm。
4.按权利要求1所述宽带选择性透波极化调控电磁结构，其特征在于，所述介质基板的电磁参数为：相对介电常数实部范围为3.2～4.6，虚部范围为0～0.2。
5.按权利要求1所述宽带选择性透波极化调控电磁结构，其特征在于，所述极化调控电磁结构的周期为：6.5～8.5mm，结构厚度为：3.0～6.0mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610817911.2A CN106450793B (zh) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | 一种宽带选择性透波极化调控电磁结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610817911.2A CN106450793B (zh) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | 一种宽带选择性透波极化调控电磁结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106450793A CN106450793A (zh) | 2017-02-22 |
| CN106450793B true CN106450793B (zh) | 2019-08-13 |
Family
ID=58168677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610817911.2A Active CN106450793B (zh) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | 一种宽带选择性透波极化调控电磁结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106450793B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108511918B (zh) * | 2018-03-13 | 2020-08-28 | 东北石油大学 | 基于超材料的电磁波非对称传输控制器 |
| CN109473785B (zh) * | 2018-12-21 | 2023-09-08 | 桂林电子科技大学 | 一种偶极子共振超表面窄带极化转换器 |
| CN110364821A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-22 | 重庆邮电大学 | 超宽带太赫兹非对称传输器件 |
| CN111725626B (zh) * | 2020-07-08 | 2021-07-09 | 南京航空航天大学 | 吸透可重构实现电磁波非对称传输和能量隔离的天线罩 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102479988A (zh) * | 2011-03-15 | 2012-05-30 | 深圳光启高等理工研究院 | 一种超材料极化转换器 |
| CN102692733A (zh) * | 2012-05-24 | 2012-09-26 | 哈尔滨工程大学 | 基于人工电磁材料的多峰交叉偏振滤波器 |
| CN103996905A (zh) * | 2014-05-15 | 2014-08-20 | 东南大学 | 一种极化可控多功能微波器件 |
| KR101532359B1 (ko) * | 2014-01-27 | 2015-06-29 | 한양대학교 산학협력단 | 편광에 대한 의존성 없이 이중 전자기파를 흡수하는 전자파 흡수체 메타물질 |
-
2016
- 2016-09-12 CN CN201610817911.2A patent/CN106450793B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102479988A (zh) * | 2011-03-15 | 2012-05-30 | 深圳光启高等理工研究院 | 一种超材料极化转换器 |
| CN102692733A (zh) * | 2012-05-24 | 2012-09-26 | 哈尔滨工程大学 | 基于人工电磁材料的多峰交叉偏振滤波器 |
| KR101532359B1 (ko) * | 2014-01-27 | 2015-06-29 | 한양대학교 산학협력단 | 편광에 대한 의존성 없이 이중 전자기파를 흡수하는 전자파 흡수체 메타물질 |
| CN103996905A (zh) * | 2014-05-15 | 2014-08-20 | 东南大学 | 一种极化可控多功能微波器件 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ultrabroadband Design for LinearPolarization Conversion and Asymmetric Transmission Crossing X- and K- Band;Linbo Zhang et al.;《Scientific Reports》;20160923;全文 * |
| 基于周期结构的电磁辐射控制材料研究;周佩珩 等;《中国材料进展》;20170930;第36卷(第9期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106450793A (zh) | 2017-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106450793B (zh) | 一种宽带选择性透波极化调控电磁结构 | |
| CN107508017B (zh) | 一种带吸型宽带频率选择结构及其应用 | |
| CN110416742B (zh) | 一种轻薄宽频吸波超材料 | |
| CN108470973A (zh) | 基于缝隙加载的宽带rcs缩减超表面 | |
| CN108682952A (zh) | 双层级联双极化宽带带吸型频率选择表面 | |
| CN107623157A (zh) | 一种基于多屏频率选择表面的双通带设计方法 | |
| Khan et al. | A dual-band metasheet for asymmetric microwave transmission with polarization conversion | |
| CN108365306B (zh) | 新型双极化低通带吸型频率选择结构 | |
| CN208093729U (zh) | 基于缝隙加载的宽带rcs缩减超表面 | |
| Yan et al. | An FSS-backed dual-band reflective polarization conversion metasurface | |
| CN109193166A (zh) | 一种双波带可重构频率选择表面及其控制方法 | |
| CN102931495B (zh) | 一种单频/双频电磁超介质吸波材料 | |
| CN109742554B (zh) | 一种双频Ku波段圆极化敏感吸波器 | |
| CN105511097B (zh) | 一种基于超材料的反射模式宽频带线偏振转换器 | |
| CN206098624U (zh) | 一种类y型双层旋转互补超材料微单元结构 | |
| Kashanianfard et al. | Metamaterial inspired optically transparent band-selective ground planes for antenna applications | |
| CN103457034B (zh) | 一种基于弧形手性人工结构材料的双频双圆极化天线 | |
| CN102868007B (zh) | 一种基于手性人工电磁结构的双频圆极化器 | |
| CN208580847U (zh) | 一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩 | |
| Liu et al. | A compact miniaturized frequency selective surface with stable resonant frequency | |
| CN104852156A (zh) | 一种新型宽带电磁波极化调控电磁结构 | |
| Cao et al. | Design of broadband multi-layer metamaterial absorber | |
| Hussain et al. | Electromagnetic shielding for WLAN using modified-Hilbert fractals | |
| Anwar et al. | A broadband third-order antenna-filter-antenna based frequency selective surface at high oblique angle of incidence | |
| CN108777360A (zh) | 基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |