一種基于超材料的反射模式寬頻帶線偏振轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于超材料及電磁功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種線偏振轉(zhuǎn)換器，特別涉及 一種基于超材料的反射模式寬頻帶線偏振轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電磁波的偏振(極化)狀態(tài)在液晶顯示、射頻天線及各種輻射器件、衛(wèi)星天線與光 學(xué)器件以及電磁隱身技術(shù)等方面具有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換電磁波偏振特性的材料或方法 主要依賴于材料的本征屬性，常常表現(xiàn)出電磁波偏振轉(zhuǎn)換頻帶窄、效率低、體積大以及不易 與其它器件集成等問題。超材料是一種新型亞波長周期性人工結(jié)構(gòu)材料，具有可設(shè)計(jì)性和 可調(diào)控性的特點(diǎn)，可以通過改變其微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸和排列方式等來調(diào)控它對電磁波的 響應(yīng)強(qiáng)度和頻譜范圍。
[0003] 國內(nèi)外研究的透射模式偏振轉(zhuǎn)換器一般為"金屬膜-介質(zhì)層-金屬膜"結(jié)構(gòu)，其工作 原理是對入射電磁波的電和磁響應(yīng)的微結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，產(chǎn)生局域的電磁耦合共 振，入射的電磁波通過設(shè)計(jì)的超材料后，不同方向上的波矢量產(chǎn)生相位差，從而使透射波的 偏振態(tài)相對于入射波發(fā)生了改變。這種透射模式的偏振轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)線偏振到圓偏振的轉(zhuǎn) 換，也可以實(shí)現(xiàn)水平線偏振到垂直線偏振的轉(zhuǎn)變，但工作頻帶窄。目前實(shí)現(xiàn)多頻偏振轉(zhuǎn)換的 方法主要有兩種，一種是在厚度方向上多層金屬嵌套實(shí)現(xiàn)多頻偏振轉(zhuǎn)換；另一種是在平面 內(nèi)將不同尺寸金屬單元組合排列在一起構(gòu)成超單元來實(shí)現(xiàn)寬多頻帶偏振轉(zhuǎn)換。第一種方法 雖然可以設(shè)計(jì)成多頻帶偏振轉(zhuǎn)換器，但工藝要求高，制備過程復(fù)雜，加工成本高；第二種方 法僅設(shè)計(jì)為三層結(jié)構(gòu)，在工藝上容易實(shí)現(xiàn)，成本低，但是難以實(shí)現(xiàn)寬頻帶偏振轉(zhuǎn)換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和需求，本發(fā)明提出了一種基于超材料的反射模式寬頻帶線 偏振轉(zhuǎn)換器，其目的在于解決傳統(tǒng)材料或器件電磁波偏轉(zhuǎn)換振器帶寬不足和效率低的問 題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種于超材料的反射模式寬頻帶線偏振轉(zhuǎn)換器的 基本單元，包括依次設(shè)置的圖案層、基板和背板，圖案層是具有厚度的對稱圖形，對稱圖形 的對稱軸與水平方向夾角為45°。
[0006] 進(jìn)一步地，對稱圖形是長方鋸齒形、橢圓形、三角形或者長方形。
[0007] 進(jìn)一步地，對稱圖形的寬度a小于等于長度1的一半；
[0008] 對稱圖形的長度1為50nm_51mm、寬度a為15nm_25 · 5mm。
[0009] 更進(jìn)一步地，長方鋸齒形的線寬w為2nm-1 mm、縫隙寬g為1 nm-0 · 5mm。
[0010] 進(jìn)一步地，基本單元的水平周期性長度px等于垂直周期性長度py，基本單元的水平 周期性長度p x和垂直周期性長度py為50nm-50mm。
[0011] 進(jìn)一步地，圖案層厚度h小于所述基板厚度t2,背板厚度t3小于等于所述基板厚度 ?2；
[0012] 圖案層厚度ti為5nm_0.01mm，基板厚度t2為50nm-15mm，背板厚度t3為50nm_0· 1mm。
[0013] 進(jìn)一步地，長方據(jù)齒形的長度1為5. 寬度a為5mm-50mm、線寬w為0.1mm- lmm、縫隙寬 g為0 · 05mm-〇 .5mm;
[0014] 基本單元的水平周期性長度px和垂直周期性長度py為5mm-50mm;
[0015]圖案層厚度1：1為0.01111111-0.11]1111，基板厚度丨2為1111111-151]1111，背板厚度丨3為0.01111111-0.1mm〇
[0016] 進(jìn)一步地，長方鋸齒形的長度1為50nm-2000nm、寬度a為15nm-800nm、線寬w為2nm-1 OOnm、縫隙寬 g為 1 nm_50nm;
[0017] 基本單元的水平周期性長度px和垂直周期性長度py為50nm-2000nm;
[0018] 圖案層厚度ti為5nm-200nm，基板厚度t2為50nm-500nm，背板厚度t3為50nm-500nm。
[0019] 進(jìn)一步地，圖案層的材料是金屬；
[0020] 基板的材料是介電材料，介電材料的相對介電常數(shù)實(shí)部為1-10;
[0021] 背板的材料是金屬。
[0022] -種基于超材料的反射模式寬頻帶線偏振轉(zhuǎn)換器，包括上述基于超材料的反射模 式寬頻帶線偏振轉(zhuǎn)換器的基本單元，基本單元呈周期性陣列排列，基本單元之間無縫連接。
[0023] 本發(fā)明提出的基于超材料的反射模式寬頻帶線偏振轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)反射模式寬頻 帶線偏振的轉(zhuǎn)換，提高相對帶寬，增強(qiáng)效率，可廣泛應(yīng)用于液晶顯示、射頻天線相關(guān)的各種 福射器件、光學(xué)器件、抗電磁干擾以及雷達(dá)隱身技術(shù)。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明提出的一種基于超材料的反射模式寬頻帶線偏振轉(zhuǎn)換器的主視圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明提出的長方鋸齒型基本單元的仰視圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明提出的長方鋸齒型基本單元的立體圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明提出的長方鋸齒型基本單元的主視圖；
[0028] 圖5是實(shí)施例1提出的線偏振轉(zhuǎn)換器的仿真實(shí)驗(yàn)偏振反射系數(shù)圖；
[0029] 圖6是實(shí)施例1提出的線偏振轉(zhuǎn)換器的仿真實(shí)驗(yàn)線偏振轉(zhuǎn)換率圖；
[0030] 圖7是實(shí)施例2提出的線偏振轉(zhuǎn)換器的仿真實(shí)驗(yàn)偏振反射系數(shù)圖；
[0031] 圖8是實(shí)施例2提出的線偏振轉(zhuǎn)換器的仿真實(shí)驗(yàn)線偏振轉(zhuǎn)換率圖。
[0032] 圖中標(biāo)號說明：
[0033] 1-圖案層；
[0034] 2-基板；
[0035] 3-背板。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 實(shí)施例1
[0037]如圖1所示，一種應(yīng)用于雷達(dá)波段(2-18GHZ)的基于超材料的反射模式寬頻帶線偏 振轉(zhuǎn)換器，包括呈周期性陣列排列的基本單元，基本單元之間無縫連接。
[0038]如圖2所示，基本單元包括依次設(shè)置的圖案層1、基板2和背板3。
[0039]如圖3所示，圖案層1是長方鋸齒形。
[0040] 可選的，圖案層1還可以是橢圓形、三角形、長方形或者其他對稱圖形，對稱圖形的 對稱軸與水平方向夾角為45°。
[0041] 長方鋸齒形的長度 1 = 5. 寬度a=lmm-25.5mm、線寬w = 0. lmm-lmm、縫隙 寬g = 0.05mm-0.5mm，基本單元的周期性長度px=py = 5mm-50mm。
[0042] 優(yōu)選的，長方鋸齒形的長度1 = 10 · 2mm、寬度a = 2mm、線寬w = 0 · 2mm、縫隙寬g = 0· 1mm，基本單元的周期性長度px=py=10mm。
[0043] 可選的，長方鋸齒形的長度1 = 5.1mm、寬度a = 2.5mm、線寬w = 0.1mm、縫隙寬g = 0.05mm，基本單元的周期性長度px=py = 5mm。
[0044] 可選的，長方鋸齒形的長度1 = 51mm、寬度a = 25.5mm、線寬w= 1mm、縫隙寬g = 0 · 5mm，基本單元的周期性長度px=py = 50mm。
[0045] 可選的，長方鋸齒形的長度1 = 30 · 2mm、寬度a = 10mm、線寬w = 0 · 5mm、縫隙寬g = 0 · 3mm，基本單元的周期性長度px=py = 30mm。
[0046] 如圖4所不，圖案層厚度ti小于基板厚度t2,即ti<t2;背板厚度t3小于等于基板厚 度t2, BPt3《t2。
[0047] 圖案層厚度 ti = 0.01-0.1mm，基板厚度 t2 = l_15mm，背板厚度 t3 = 0.01-0.1mm。 [0048] 優(yōu)選的，圖案層厚度ti = 0 · 015mm，基板厚度t2 = 3mm，背板厚度t3 = 0 · 03mm。
[0049] 可選的，圖案層厚度ti = 0.01mm，基板厚度t2 = lmm，背板厚度t3 = 0.01mm。
[0050]可選的，圖案層厚度ti = 0.1mm，基板厚度t2 = 15mm，背板厚度t3 = 0.1mm。
[0051 ] 可選的，圖案層厚度ti = 0.018mm，基板厚度t2 = 10mm，背板厚度t3 = 0.08mm。
[0052]圖案層1的材料是銅。可選的，圖案層1的材料還可以是金、銀、鋁或者其他金屬。 [0053]基板2的材料是聚四氟乙烯FR-4,聚四氟乙烯FR-4的介電常數(shù)為4.1?？蛇x的，基板 2的材料還可以是光學(xué)薄膜MgF 2或者其他介電材料，介電材料的相對介電常數(shù)實(shí)部