一種單層彎折線圓極化選擇器的製作方法
2023-09-21 21:36:10
本發明涉及圓極化波選擇領域。更具體地，涉及一種單層彎折線圓極化選擇器。
背景技術：
圓極化波可以分解為兩個空間上和時間上都互相正交的振幅相等的線極化波，任意一個橢圓極化波也可以分解為兩個旋向相反的圓極化波，即左旋和右旋圓極化波。圓極化波具有旋向正交性，即左旋圓極化天線和右旋圓極化天線不能兼容，左旋圓極化天線只能接受左旋圓極化波，當某一個圓極化波入射到平面和球面等目標表面，其反射出的電磁波旋向會發生反轉。利用其旋向正交性和旋向反轉特性，圓極化波可以抑制雨霧幹擾和多徑幹擾，因此在衛星通信和全球定位系統中獲得了重要的應用。此外，在極化合成孔徑雷達中，在不同的收發極化組合下(如垂直-水平極化組合或左旋-右旋圓極化組合)，介電常數、物理特性、幾何形狀等目標特性會有差別化的反映。因而極化測量可以大大提高成像雷達對目標各種信息的獲取能力。
產生圓極化波的天線有很多，例如等角螺旋天線、阿基米德螺旋天線、正交饋電振子天線、圓極化微帶天線等。除了天線直接產生圓極化波，還可在線極化天線的基礎上加載圓極化器或圓極化選擇表面(Circular Polarization Selective Surface，CPSS)。CPSS具有極化選擇功能，線極化波在CPSS表面實現分解，通過極化選擇作用反射不需要的極化分量，並允許所需要的圓極化分量通過CPSS，在出射表面實現圓極化的產生。常見的圓極化器如彎折線圓極化器一般具有4～7層結構，各層之間需要利用低介電常數材料進行填充，其厚度較高，不適用於對體積限制嚴格或需要共形的應用場景。
因此，需要提供一種單層彎折線圓極化選擇器，以實現使用單層結構的選擇表面進行圓極化波的透射，且適用與雷達罩等體積限制嚴格的結構共形。
技術實現要素：
本發明要解決的一個技術問題是提供一種單層彎折線圓極化選擇器，使用單層結構的選擇表面實現圓極化波的透射，降低了加工和裝配難度，可實現與雷達罩等結構的共形，具有較強的實用價值。
為解決上述技術問題，本發明採用下述技術方案：
一種單層彎折線圓極化選擇器，其特徵在於，所述圓極化選擇器包括：
介質基板；
圓極化選擇層，由所述介質基板上的多個最小單元重複連接構成；
所述每個最小單元包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端；
所述第一輸入端和第一輸出端之間通過凹形彎折金屬線連接，以凹形底部的右端點為中心形成與所述中心呈中心對稱的凸形彎折金屬線，所述凸形彎折金屬線的左端點為第二輸入端，右端點為第二輸出端。
優選地，所述圓極化選擇層為單層結構。
優選地，所述圓極化選擇層透射標準圓極化的條件為
δ＝∠Exout-∠Eyout＝nπ/2n＝1,3,5...
其中，Exout為出射電場的水平分量，Eyout為出射電場的垂直分量。
本發明的有益效果如下：
本發明公開了一種單層彎折線圓極化選擇器，使用單層結構的選擇表面實現圓極化波的透射，降低了加工和裝配難度，可實現與雷達罩等體積限制嚴格的結構的共形，具有較強的實用價值。
附圖說明
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。
圖1示出本發明一種單層彎折線圓極化選擇器的示意圖。
圖2示出本發明一種單層彎折線圓極化選擇器最小單元的示意圖。
圖3示出本發明一種單層彎折線圓極化選擇器實施例中圓極化選擇層的電流分布。
圖4示出本發明一種單層彎折線圓極化選擇器實施例中的圓極化測試結果。
具體實施方式
為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。
如圖1所示，本發明公開了一種單層彎折線圓極化選擇器，所述圓極化選擇器包括：介質基板和圓極化選擇層。其中，所述圓極化選擇層由所述介質基板上的多個最小單元重複連接構成。所述圓極化選擇層優選為單層結構。
所述圓極化選擇層可由印刷在介質基板上的金屬周期性彎折環線構成。其中，所述每個最小單元包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端；所述第一輸入端和第一輸出端之間通過凹形彎折金屬線連接，以凹形底部的右端點為中心形成與所述中心呈中心對稱的凸形彎折金屬線，所述凸形彎折金屬線的左端點為第二輸入端，右端點為第二輸出端。如圖2所示，灰色區域為一個最小單元，所述第N個最小單元的第一輸入端和第二輸入端與第N-1個最小單元的第一輸出端和第二輸出端分別連接，所述第N個最小單元的第一輸出端和第二輸出端與第N+1個最小單元的第一輸入端和第二輸入端分別連接，N為自然數。
入射平面線極化波電場E可沿水平方向和垂直方向分解為Ex和Ey兩個分量，經過所述圓極化選擇層出射的電場可沿水平方向和垂直方向分解為出射電場的水平分量Exout和出射電場的垂直分量Eyout。所述圓極化選擇層透射的圓極化產生條件為
δ＝∠Exout-∠Eyout＝nπ/2n＝1,3,5...
其中，Exout為出射電場的水平分量，Eyout為出射電場的垂直分量。
如圖3所示，為Floquent模式下TM與TE單模激勵下的圓極化選擇層的電流分布。當TM模式激勵時，表面電流主要沿兩個路徑傳播，對於每個所述最小單元，第一條路徑為沿-x軸方向從第一輸出端通過彎折金屬線向第一輸入端傳播，第二條路徑為沿-x軸方向從第二輸出端通過彎折金屬線向第二輸入端傳播，形成兩個並列交錯的彎折路徑，且兩條路徑在中心處交匯。當TE模式激勵時，表面電流傳播方向與-y軸方向平行，其中，第一條路徑為沿-y軸方向從第N個最小單元的第一輸入端經過第N-1個最小單元的中心傳輸至第N個最小單元的第二輸入端第二條路徑為沿-y軸方向從第N個最小單元的第一輸入端經過第N個最小單元的中心傳輸至第N個最小單元的第二輸入端兩條路徑在第N個最小單元的第一輸入端和第二輸入端處交匯。從圖中可見，圓極化選擇層對水平、垂直極化方向的線極化波具有不同的響應，通過實驗不斷調配所述最小單元結構的關鍵參數使經過圓極化選擇器的電場達到或接近圓極化產生條件，即可在圓極化選擇層的出射表面形成圓極化波。所述最小單元結構的關鍵參數為每個最小單元的寬度W，高度L，第一輸入端與第二輸入端/第一輸出端與第二輸出端的垂直距離d，金屬彎折線的線寬為s以及凹形金屬彎折線的兩個水平端的長度Ws和WL。
如圖4所示，本實施例中，工作在18GHz～29GHz(相對帶寬為46.8％)的圓極化選擇層，通過實驗仿真，得到關鍵參數取值分別為，W＝2mm，Ws＝0.5mm，WL＝1mm，d＝2.3mm，L＝3.5mm，s＝0.1mm，測量的AR≤3dB頻帶至少覆蓋18GHz～29GHz(相對帶寬為46.8％)。測量結果顯示，在18GHz～29GHz頻帶內插入損耗在2.5dB～3dB之間。
綜上所述，本發明採用包含多個最小單元的圓極化選擇層與介質基板組成圓極化選擇器，實現將入射的線極化波電場透射形成圓極化電場，通過驗證，本發明僅採用單層圓極化選擇層即可實現實現圓極化波的透射，降低了圓極化選擇器的加工和裝配難度，適用於對體積空間要求較高的設備，也可實現與雷達罩等結構的共形，具有較強的實用價值。
顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。