本發(fā)明涉及電磁波極化器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種反射型超寬帶太赫茲極化可重構(gòu)圓極化器。

背景技術(shù)：

圓極化波在干擾、抗干擾方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，在電子偵察、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域普遍采用圓極化波，而關(guān)于圓極化器的設(shè)計(jì)也一直是科研熱點(diǎn)。目前，對(duì)極化器的研究正向著太赫茲波段、寬頻帶、多極化轉(zhuǎn)換、小型化、高效率轉(zhuǎn)換等方向發(fā)展。傳統(tǒng)的極化器厚度較厚，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于集成、效率低、極化方式單一、帶寬窄。近年來，超材料以其奇異的電磁特性引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，在電磁波極化狀態(tài)控制方面也有重要應(yīng)用。超表面是一種由周期或者非周期的人工單元結(jié)構(gòu)排列構(gòu)成的復(fù)合電磁材料，屬于二維超材料，具有超薄的特點(diǎn)，厚度只有工作波長的十幾分之一，甚至幾十分之一。通過改變單元結(jié)構(gòu)滿足所需的電磁參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的調(diào)控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種反射型超寬帶太赫茲極化可重構(gòu)圓極化器，該極化器能在超寬帶范圍內(nèi)高效地將線極化波轉(zhuǎn)換為圓極化波，而且結(jié)構(gòu)簡單，易于加工、極化方式多元化。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種反射型超寬帶太赫茲極化可重構(gòu)圓極化器，由在同一水平面內(nèi)周期性排列的M×N個(gè)單元結(jié)構(gòu)組成；所述的單元結(jié)構(gòu)包括依次堆放的金屬地板層、中間介質(zhì)層和雙開口諧振方環(huán)結(jié)構(gòu)層；所述的雙開口諧振方環(huán)結(jié)構(gòu)層是由兩個(gè)成中心對(duì)稱的L形條組成各向異性的雙開口方環(huán)結(jié)構(gòu)。

所述的金屬地板層，厚度為0.1～0.5um。

所述的金屬地板層，最佳厚度為0.2um，金屬材質(zhì)為金、銀、銅中的一種。

所述的中間介質(zhì)層，介電常數(shù)為2.5～3.5，厚度為40～55um。

所述的中間介質(zhì)層，為聚酰亞胺、二氧化硅、三氧化二鋁中的一種。

所述的雙開口諧振方環(huán)結(jié)構(gòu)層，環(huán)臂到單元結(jié)構(gòu)邊界的距離為5～20um，臂長為40～50um，臂寬為2～10um。

所述的雙開口諧振方環(huán)結(jié)構(gòu)層，厚度為1nm～0.5um。

所述的雙開口諧振方環(huán)結(jié)構(gòu)層，材質(zhì)為金、銀、銅、石墨烯中的一種。

所述的周期性排列的M×N個(gè)單元結(jié)構(gòu)，M＝N，周期長度為80～110um。

本發(fā)明提供的一種反射型超寬帶太赫茲極化可重構(gòu)圓極化器，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，能在太赫茲波段超寬帶范圍內(nèi)高效地將線極化波轉(zhuǎn)換為圓極化波，而且結(jié)構(gòu)簡單，易于加工、在寬入射角范圍內(nèi)仍具有良好的線-圓極化轉(zhuǎn)換性能、具有極化可重構(gòu)的特點(diǎn)。此外，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，該極化器還能用于其它頻段，在天線設(shè)計(jì)、隱身技術(shù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的三維單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的單元結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的反射波兩垂直分量的反射系數(shù)的幅度和相位比較圖；

圖4為本發(fā)明y極化線極化波入射時(shí)的極化率圖；

圖5為本發(fā)明x極化線極化波入射時(shí)的極化率圖；

圖6為本發(fā)明的軸比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述，但不是對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例：

如圖1、圖2所示，由在同一水平面內(nèi)周期性排列的M×N個(gè)單元結(jié)構(gòu)組成；所述的單元結(jié)構(gòu)包括依次堆放的金屬地板層、中間介質(zhì)層和雙開口諧振方環(huán)結(jié)構(gòu)層；所述的雙開口諧振方環(huán)結(jié)構(gòu)層3是由兩個(gè)成中心對(duì)稱的L形條4組成各向異性的雙開口方環(huán)結(jié)構(gòu)。

所述的金屬地板層1，是厚度為0.2um，電導(dǎo)率為5.8×10⁷S/m的銅層。

所述的中間介質(zhì)層2，是介電常數(shù)為3，厚度為47um的聚酰亞胺層。

所述的雙開口諧振方環(huán)結(jié)構(gòu)層，是厚度為0.2um的銅層，環(huán)臂到單元結(jié)構(gòu)邊界的距離為10um，臂長為44um，臂寬為5um。

所述的單元結(jié)構(gòu)周期排列是沿著水平橫向x方向和垂直水平橫向的縱向y方向呈線型排列，橫向與縱向排列的單元結(jié)構(gòu)個(gè)數(shù)相等，周期長度為92um。

當(dāng)入射波為y極化、向-z軸方向傳播的線極化波，則反射波為由于超表面的各向異性，反射波x、y分量的反射系數(shù)幅度和相位會(huì)有所不同。當(dāng)?shù)姆瓷湎禂?shù)幅度r_xy、r_yy相等，相位差(n為奇數(shù))時(shí)，產(chǎn)生線-圓極化轉(zhuǎn)換，其中r_xy＝|E_xr/E_yi|、r_yy＝|E_yr/E_yi|分別表示y極化到x極化、y極化到y(tǒng)極化反射系數(shù)的幅度，φ_xy、φ_yy為對(duì)應(yīng)的相位，下標(biāo)i、r分別表示入射波和反射波，下標(biāo)x、y分別表示波的極化方向。

如圖3所示，在0.6044THz-1.408THz頻段內(nèi)，反射波兩垂直分量的反射系數(shù)幅值r_xy、r_yy近似相等，相位近似相差-90°或270°，相對(duì)帶寬達(dá)到79％，從而實(shí)現(xiàn)了超寬帶線極化波到圓極化波的轉(zhuǎn)換。在1.4808THz-1.5354THz頻段內(nèi)，反射波兩垂直分量的反射系數(shù)幅值r_xy、r_yy近似相等，相位近似相差90°，實(shí)現(xiàn)了窄帶的線極化波到圓極化波的轉(zhuǎn)換。

引入斯托克斯參數(shù)描述該極化器的極化轉(zhuǎn)換性能：

I＝|r_yy|²+|r_xy|² (1)

Q＝|r_yy|²-|r_xy|² (2)

U＝2|r_yy||r_xy|cosΔφ (3)

V＝2|r_yy||r_xy|sinΔφ (4)

上述公式(1)、(2)、(3)、(4)中：I為波的總強(qiáng)度，Q為x極化波分量，U為45°極化波分量，V右旋極化波分量。

定義極化率為：

上述公式(5)中，e表征極化器的圓極化轉(zhuǎn)換能力,當(dāng)e＝1時(shí)，產(chǎn)生左旋圓極化波；當(dāng)e＝-1時(shí)，產(chǎn)生右旋圓極化波。

此外，定義軸比AR＝10log10(tanβ)，其中a為橢圓傾斜角，β為極化度角。若AR<3dB，則滿足圓極化工程要求。

如圖4所示，在0.6044THz-1.408THz頻段內(nèi)e均在-0.8以下，近似為-1，為右旋圓極化波。在1.4808THz-1.5354THz頻段內(nèi)e均在0.8以上，近似為1，為左旋圓極化波。

當(dāng)入射波為x極化線極化波時(shí)，實(shí)現(xiàn)圓極化轉(zhuǎn)換的頻段不變，但旋向與y極化線極化波入射時(shí)相反。所以，不需要改變結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)以x極化線極化波入射就可以獲得超寬帶的左旋圓極化波，從而該極化器具有極化可重構(gòu)的特點(diǎn)。如圖5所示，在0.6044THz-1.408THz頻段內(nèi)e均在0.8以上，近似為1，為左旋圓極化波。在1.4808THz-1.5354THz頻段內(nèi)e均在-0.8以下，近似為-1，為右旋圓極化波。

另外，當(dāng)方環(huán)兩個(gè)開口在另一對(duì)角線上時(shí)，若入射波為y極化線極化波，則實(shí)現(xiàn)圓極化轉(zhuǎn)換的頻段基本不變，但旋向也與y極化線極化波入射時(shí)相反。

如圖6所示，在0.6044THz-1.408THz、1.4808THz-1.5354THz頻段內(nèi)AR<3dB，滿足圓極化工程要求。