一種新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電磁結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體為一種新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]極化狀態(tài)是電磁波的一個非常重要的特征，應(yīng)用電磁波的極化性能可對探測目標進行識別、編碼和抽樣，在通信、導(dǎo)航和雷達等高科技領(lǐng)域已經(jīng)被逐漸得到應(yīng)用。調(diào)控電磁波的極化狀態(tài)一直是人們想要實現(xiàn)的重要目標，自然界中能夠調(diào)控電磁波極化狀態(tài)的媒質(zhì)非常有限，且效率低下。因此，通過人工方法來控制電磁波的極化狀態(tài)一直是人們想要實現(xiàn)的目標。
[0003]電磁超材料已經(jīng)成為了一種可以調(diào)控電磁波極化特性的理想材料，通過電磁超材料基本單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以實現(xiàn)電磁波的極化調(diào)控。目前，利用電磁超材料控制電磁波極化特性的研宄主要包含兩個方面，即透射型和反射型極化特性的調(diào)控。傳統(tǒng)的透射型電磁波極化狀態(tài)調(diào)控的方法包括光柵調(diào)控、二色晶體調(diào)控以及通過雙折射效應(yīng)來實現(xiàn)。但是這一類型的極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)需要復(fù)雜的設(shè)計和較大的結(jié)構(gòu)厚度來改變電磁波的相位以達到極化調(diào)控的目的。目前，反射型極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)的研宄較少，國內(nèi)主要以復(fù)旦大學(xué)、空軍工程大學(xué)和華中師范大學(xué)等高校為代表。但是，反射型極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)依然存在極化轉(zhuǎn)換帶寬較窄、極化轉(zhuǎn)換效率低下以及結(jié)構(gòu)厚度較大等問題，尤其當電磁波入射角度發(fā)生改變時，結(jié)構(gòu)的極化調(diào)控能力變差和轉(zhuǎn)換帶寬變窄。因此，減小結(jié)構(gòu)厚度，開展多種結(jié)構(gòu)形式綜合的極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，增大極化轉(zhuǎn)換帶寬、提高極化轉(zhuǎn)換效率以及改善不同入射角度下的極化調(diào)控性能是亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在厚度、轉(zhuǎn)換帶寬、轉(zhuǎn)換效率和入射角度上都優(yōu)于傳統(tǒng)的極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，包括3層，底層為金屬平板，中間層為介質(zhì)基板，表層為一層周期性金屬橢圓環(huán)；其特征在于，所述周期性金屬橢圓環(huán)層的周期為7.0?11.0mm,金屬橢圓環(huán)的尺寸為:外橢圓長半軸為3.5?6.5mm、短半軸為0.8?1.6mm,內(nèi)橢圓長半軸為1.8?2.2_、短半軸為0.3?0.6_。
[0006]優(yōu)選的，所述新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)的厚度為1.5?3.0_。
[0007]優(yōu)選的，所述介質(zhì)基板材料的電磁參數(shù)變化范圍為:相對介電常數(shù)實部范圍
3.2?4.6，虛部范圍O?0.2。
[0008]本發(fā)明提供的新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)為反射型極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有各向異性，當電磁波入射時，電場在該結(jié)構(gòu)的正交方向經(jīng)過反射后產(chǎn)生的相位會發(fā)生改變。當相位相差±180°，則反射出的電磁波具有線極化的電場分布；當相位相差±90°，且正交方向上的振幅相同，則反射出的電磁波具有圓極化的電場分布。其制備工藝采用PCB(Print Circuit Board，印刷電路板)工藝將周期性金屬橢圓環(huán)涂覆在介質(zhì)基板上，基板背面粘貼一層金屬膜。
[0009]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0010]1.本發(fā)明極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)制作工藝簡單成熟、可操作性強、制備成本低，有利于批量化生產(chǎn)；
[0011 ] 2.本發(fā)明極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)厚度在給定參數(shù)范圍內(nèi)，都能夠保持極化轉(zhuǎn)換頻段和極化轉(zhuǎn)換效率；
[0012]3.入射角度在0°至30°范圍內(nèi)，本發(fā)明極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)的極化轉(zhuǎn)換帶寬和極化轉(zhuǎn)換效率都能夠保持一致；
[0013]4.通過合理調(diào)整周期性金屬橢圓環(huán)的尺寸和結(jié)構(gòu)厚度，該方法同樣適合于其它類似的極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)周期分布示意圖，其中P為周期性單元邊長，t為結(jié)構(gòu)的總厚度，橢圓環(huán)的參數(shù)為:外橢圓長半軸為a，短半軸為b ;內(nèi)橢圓長半軸為m，短半軸為η。
[0016]圖3為本發(fā)明極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)在TE和TM極化下的反射率圖。
[0017]圖4為本發(fā)明極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)極化轉(zhuǎn)換效率圖。
[0018]圖5為本發(fā)明極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)在入射角度從0°增大到45°條件下反射率圖，其中(a)表示rxy，(b)表示ryy。
【具體實施方式】
:
[0019]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。作為更具體的實施示例，以設(shè)計中的幾個主要參數(shù)為例，對本發(fā)明進行說明。
[0020]實施例1:
[0021]—種極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，是在2.0mm厚的介質(zhì)基板表面涂覆周期性金屬銅橢圓環(huán)。其單元尺寸為:p = 7.Ctam，a = 4.Ctam，b = 1.0mm,m = 2.0mm,n = 0.5臟；介質(zhì)基板的電磁參數(shù)范圍為:相對介電常數(shù)實部范圍為3.2?4.6，虛部范圍為O?0.2。
[0022]通過所述方式設(shè)計得到的極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，在電磁波垂直入射下，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬為8.0GHz到18.0GHz ;當電磁波入射角度增大到30°時，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬可以保持與垂直入射一致；當入射角度增大到45°時，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬為8.3GHz到17.0GHzο結(jié)構(gòu)在垂直入射和斜入射下的極化轉(zhuǎn)換帶寬和效率都得到加強。
[0023]實施例2:
[0024]—種極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，是在3.0mm厚的介質(zhì)基板表面涂覆周期性金屬銅橢圓環(huán)。其單元尺寸為:p = 10.0mm，a = 6.0mm，b = 1.0mm，m = 2.0mm，η = 0.5mm ;介質(zhì)基板的電磁參數(shù)范圍為:相對介電常數(shù)實部范圍為3.2?4.6，虛部范圍為O?0.2。
[0025]通過所述方式設(shè)計得到的極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，在電磁波垂直入射下，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬為6.0GHz到12.9GHz ;當電磁波入射角度增大到30°時，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬可以保持與垂直入射一致；當入射角度增大到45°時，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬為
6.0GHz到12.3GHzο結(jié)構(gòu)在垂直入射和斜入射下的極化轉(zhuǎn)換帶寬和效率都得到加強。
[0026]實施例3:
[0027]—種極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，是在1.8mm厚的介質(zhì)基板表面涂覆周期性金屬銅橢圓環(huán)。七單元尺寸為:p = 8.Ctam，a = 4.Ctam，b = 1.0mm,m = 2.0mm,n = 0.5臟；介質(zhì)基板的電磁參數(shù)范圍為:相對介電常數(shù)實部范圍為3.2?4.6，虛部范圍為O?0.2。
[0028]通過所述方式設(shè)計得到的極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，在電磁波垂直入射下，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬為8.7GHz到18.0GHz ;當電磁波入射角度增大到30°時，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬可以保持與垂直入射一致；當入射角度增大到45°時，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬為8.9GHz到17.5GHzο結(jié)構(gòu)在垂直入射和斜入射下的極化轉(zhuǎn)換帶寬和效率都得到加強。
[0029]實施例4:
[0030]一種極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，是在2.4mm厚的介質(zhì)基板表面涂覆周期性金屬銅橢圓環(huán)。七單元尺寸為:p = 8.Ctam，a = 4.Ctam，b = 1.0mm,m = 3.0mm,n = 0.5臟；介質(zhì)基板的電磁參數(shù)范圍為:相對介電常數(shù)實部范圍為3.2?4.6，虛部范圍為O?0.2。
[0031]通過所述方式設(shè)計得到的極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，在電磁波垂直入射下，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬為8.0GHz到18.0GHz ;當電磁波入射角度增大到30°時，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬可以保持與垂直入射一致；當入射角度增大到45°時，結(jié)構(gòu)70%極化轉(zhuǎn)換率帶寬為8.5GHz到17.3GHzο結(jié)構(gòu)在垂直入射和斜入射下的極化轉(zhuǎn)換帶寬和效率都得到加強。
【主權(quán)項】
1.一種新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，包括3層，底層為金屬平板，中間層為介質(zhì)基板，表層為一層周期性金屬橢圓環(huán)；其特征在于，所述周期性金屬橢圓環(huán)層的周期為7.0?11.0mm,金屬橢圓環(huán)的尺寸為:外橢圓長半軸為3.5?6.5mm、短半軸為0.8?1.6mm，內(nèi)橢圓長半軸為1.8?2.2_、短半軸為0.3?0.6_。
2.按權(quán)利要求1所述新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)的厚度為1.5?3.0mm。
3.按權(quán)利要求1所述新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介質(zhì)基板材料的電磁參數(shù)為:相對介電常數(shù)實部范圍3.2?4.6，虛部范圍O?0.2。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)極化轉(zhuǎn)換帶寬較窄、極化轉(zhuǎn)換效率低下以及結(jié)構(gòu)厚度較大等問題，且當電磁波入射角度發(fā)生改變時，結(jié)構(gòu)的極化調(diào)控能力變差和轉(zhuǎn)換帶寬變窄的問題。本發(fā)明新型寬帶電磁波極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)，包括3層，底層為金屬平板，中間層為介質(zhì)基板，表層為一層周期性金屬橢圓環(huán)；所述周期性金屬橢圓環(huán)層的周期為7.0～11.0mm，金屬橢圓環(huán)的尺寸為：外橢圓長半軸為3.5～6.5mm、短半軸為0.8～1.6mm，內(nèi)橢圓長半軸為1.8～2.2mm、短半軸為0.3～0.6mm。本發(fā)明結(jié)構(gòu)在厚度、轉(zhuǎn)換帶寬、轉(zhuǎn)換效率和入射角度上都優(yōu)于傳統(tǒng)的極化調(diào)控電磁結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】H01Q15-24
【公開號】CN104852156
【申請?zhí)枴緾N201510154660
【發(fā)明人】鄧龍江, 張林博, 周佩珩, 陳海燕, 陸海鵬, 謝建良
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月2日