本發(fā)明涉及圓極化波選擇領(lǐng)域。更具體地，涉及一種單層彎折線圓極化選擇器。

背景技術(shù)：

圓極化波可以分解為兩個(gè)空間上和時(shí)間上都互相正交的振幅相等的線極化波，任意一個(gè)橢圓極化波也可以分解為兩個(gè)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(dāng)某一個(gè)圓極化波入射到平面和球面等目標(biāo)表面，其反射出的電磁波旋向會發(fā)生反轉(zhuǎn)。利用其旋向正交性和旋向反轉(zhuǎn)特性，圓極化波可以抑制雨霧干擾和多徑干擾，因此在衛(wèi)星通信和全球定位系統(tǒng)中獲得了重要的應(yīng)用。此外，在極化合成孔徑雷達(dá)中，在不同的收發(fā)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(shù)、物理特性、幾何形狀等目標(biāo)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(dá)對目標(biāo)各種信息的獲取能力。

產(chǎn)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(chǎn)生圓極化波，還可在線極化天線的基礎(chǔ)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(shí)現(xiàn)分解，通過極化選擇作用反射不需要的極化分量，并允許所需要的圓極化分量通過CPSS，在出射表面實(shí)現(xiàn)圓極化的產(chǎn)生。常見的圓極化器如彎折線圓極化器一般具有4～7層結(jié)構(gòu)，各層之間需要利用低介電常數(shù)材料進(jìn)行填充，其厚度較高，不適用于對體積限制嚴(yán)格或需要共形的應(yīng)用場景。

因此，需要提供一種單層彎折線圓極化選擇器，以實(shí)現(xiàn)使用單層結(jié)構(gòu)的選擇表面進(jìn)行圓極化波的透射，且適用與雷達(dá)罩等體積限制嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)共形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種單層彎折線圓極化選擇器，使用單層結(jié)構(gòu)的選擇表面實(shí)現(xiàn)圓極化波的透射，降低了加工和裝配難度，可實(shí)現(xiàn)與雷達(dá)罩等結(jié)構(gòu)的共形，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種單層彎折線圓極化選擇器，其特征在于，所述圓極化選擇器包括：

介質(zhì)基板；

圓極化選擇層，由所述介質(zhì)基板上的多個(gè)最小單元重復(fù)連接構(gòu)成；

所述每個(gè)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(diǎn)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(diǎn)為第二輸入端，右端點(diǎn)為第二輸出端。

優(yōu)選地，所述圓極化選擇層為單層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述圓極化選擇層透射標(biāo)準(zhǔn)圓極化的條件為

δ＝∠E_x^out-∠E_y^out＝nπ/2n＝1,3,5...

其中，E_x^out為出射電場的水平分量，E_y^out為出射電場的垂直分量。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明公開了一種單層彎折線圓極化選擇器，使用單層結(jié)構(gòu)的選擇表面實(shí)現(xiàn)圓極化波的透射，降低了加工和裝配難度，可實(shí)現(xiàn)與雷達(dá)罩等體積限制嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)的共形，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出本發(fā)明一種單層彎折線圓極化選擇器的示意圖。

圖2示出本發(fā)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(fā)明一種單層彎折線圓極化選擇器實(shí)施例中圓極化選擇層的電流分布。

圖4示出本發(fā)明一種單層彎折線圓極化選擇器實(shí)施例中的圓極化測試結(jié)果。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)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(zhì)基板和圓極化選擇層。其中，所述圓極化選擇層由所述介質(zhì)基板上的多個(gè)最小單元重復(fù)連接構(gòu)成。所述圓極化選擇層優(yōu)選為單層結(jié)構(gòu)。

所述圓極化選擇層可由印刷在介質(zhì)基板上的金屬周期性彎折環(huán)線構(gòu)成。其中，所述每個(gè)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(diǎn)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(diǎn)為第二輸入端，右端點(diǎn)為第二輸出端。如圖2所示，灰色區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)最小單元，所述第N個(gè)最小單元的第一輸入端和第二輸入端與第N-1個(gè)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(gè)最小單元的第一輸出端和第二輸出端與第N+1個(gè)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(shù)。

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E_x和E_y兩個(gè)分量，經(jīng)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E_x^out和出射電場的垂直分量E_y^out。所述圓極化選擇層透射的圓極化產(chǎn)生條件為

δ＝∠E_x^out-∠E_y^out＝nπ/2n＝1,3,5...

其中，E_x^out為出射電場的水平分量，E_y^out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(lì)下的圓極化選擇層的電流分布。當(dāng)TM模式激勵(lì)時(shí)，表面電流主要沿兩個(gè)路徑傳播，對于每個(gè)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(gè)并列交錯(cuò)的彎折路徑，且兩條路徑在中心處交匯。當(dāng)TE模式激勵(lì)時(shí)，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(gè)最小單元的第一輸入端經(jīng)過第N-1個(gè)最小單元的中心傳輸至第N個(gè)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(gè)最小單元的第一輸入端經(jīng)過第N個(gè)最小單元的中心傳輸至第N個(gè)最小單元的第二輸入端兩條路徑在第N個(gè)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(yīng)，通過實(shí)驗(yàn)不斷調(diào)配所述最小單元結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)使經(jīng)過圓極化選擇器的電場達(dá)到或接近圓極化產(chǎn)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(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)為每個(gè)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(gè)水平端的長度W_s和W_L。

如圖4所示，本實(shí)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(shí)驗(yàn)仿真，得到關(guān)鍵參數(shù)取值分別為，W＝2mm，W_s＝0.5mm，W_L＝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(jié)果顯示，在18GHz～29GHz頻帶內(nèi)插入損耗在2.5dB～3dB之間。

綜上所述，本發(fā)明采用包含多個(gè)最小單元的圓極化選擇層與介質(zhì)基板組成圓極化選擇器，實(shí)現(xiàn)將入射的線極化波電場透射形成圓極化電場，通過驗(yàn)證，本發(fā)明僅采用單層圓極化選擇層即可實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)圓極化波的透射，降低了圓極化選擇器的加工和裝配難度，適用于對體積空間要求較高的設(shè)備，也可實(shí)現(xiàn)與雷達(dá)罩等結(jié)構(gòu)的共形，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。