CN106785472A - 一种单层弯折线圆极化选择器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单层弯折线圆极化选择器，所述圆极化选择器包括：介质基板；圆极化选择层，由所述介质基板上的多个最小单元重复连接构成；所述每个最小单元包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述第一输入端和第一输出端之间通过凹形弯折金属线连接，以凹形底部的右端点为中心形成与所述中心呈中心对称的凸形弯折金属线，所述凸形弯折金属线的左端点为第二输入端，右端点为第二输出端，本发明使用单层结构的选择表面实现圆极化波的透射，降低了加工和装配难度，可实现与雷达罩等结构的共形，具有较强的实用价值。

Description

一种单层弯折线圆极化选择器

技术领域

本发明涉及圆极化波选择领域。更具体地，涉及一种单层弯折线圆极化选择器。

背景技术

圆极化波可以分解为两个空间上和时间上都互相正交的振幅相等的线极化波，任意一个椭圆极化波也可以分解为两个旋向相反的圆极化波，即左旋和右旋圆极化波。圆极化波具有旋向正交性，即左旋圆极化天线和右旋圆极化天线不能兼容，左旋圆极化天线只能接受左旋圆极化波，当某一个圆极化波入射到平面和球面等目标表面，其反射出的电磁波旋向会发生反转。利用其旋向正交性和旋向反转特性，圆极化波可以抑制雨雾干扰和多径干扰，因此在卫星通信和全球定位系统中获得了重要的应用。此外，在极化合成孔径雷达中，在不同的收发极化组合下(如垂直-水平极化组合或左旋-右旋圆极化组合)，介电常数、物理特性、几何形状等目标特性会有差别化的反映。因而极化测量可以大大提高成像雷达对目标各种信息的获取能力。

产生圆极化波的天线有很多，例如等角螺旋天线、阿基米德螺旋天线、正交馈电振子天线、圆极化微带天线等。除了天线直接产生圆极化波，还可在线极化天线的基础上加载圆极化器或圆极化选择表面(Circular Polarization Selective Surface，CPSS)。CPSS具有极化选择功能，线极化波在CPSS表面实现分解，通过极化选择作用反射不需要的极化分量，并允许所需要的圆极化分量通过CPSS，在出射表面实现圆极化的产生。常见的圆极化器如弯折线圆极化器一般具有4～7层结构，各层之间需要利用低介电常数材料进行填充，其厚度较高，不适用于对体积限制严格或需要共形的应用场景。

因此，需要提供一种单层弯折线圆极化选择器，以实现使用单层结构的选择表面进行圆极化波的透射，且适用与雷达罩等体积限制严格的结构共形。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种单层弯折线圆极化选择器，使用单层结构的选择表面实现圆极化波的透射，降低了加工和装配难度，可实现与雷达罩等结构的共形，具有较强的实用价值。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种单层弯折线圆极化选择器，其特征在于，所述圆极化选择器包括：

介质基板；

圆极化选择层，由所述介质基板上的多个最小单元重复连接构成；

所述每个最小单元包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

所述第一输入端和第一输出端之间通过凹形弯折金属线连接，以凹形底部的右端点为中心形成与所述中心呈中心对称的凸形弯折金属线，所述凸形弯折金属线的左端点为第二输入端，右端点为第二输出端。

优选地，所述圆极化选择层为单层结构。

优选地，所述圆极化选择层透射标准圆极化的条件为

δ＝∠E_x ^out-∠E_y ^out＝nπ/2n＝1,3,5...

其中，E_x ^out为出射电场的水平分量，E_y ^out为出射电场的垂直分量。

本发明的有益效果如下：

本发明公开了一种单层弯折线圆极化选择器，使用单层结构的选择表面实现圆极化波的透射，降低了加工和装配难度，可实现与雷达罩等体积限制严格的结构的共形，具有较强的实用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明一种单层弯折线圆极化选择器的示意图。

图2示出本发明一种单层弯折线圆极化选择器最小单元的示意图。

图3示出本发明一种单层弯折线圆极化选择器实施例中圆极化选择层的电流分布。

图4示出本发明一种单层弯折线圆极化选择器实施例中的圆极化测试结果。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明公开了一种单层弯折线圆极化选择器，所述圆极化选择器包括：介质基板和圆极化选择层。其中，所述圆极化选择层由所述介质基板上的多个最小单元重复连接构成。所述圆极化选择层优选为单层结构。

所述圆极化选择层可由印刷在介质基板上的金属周期性弯折环线构成。其中，所述每个最小单元包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述第一输入端和第一输出端之间通过凹形弯折金属线连接，以凹形底部的右端点为中心形成与所述中心呈中心对称的凸形弯折金属线，所述凸形弯折金属线的左端点为第二输入端，右端点为第二输出端。如图2所示，灰色区域为一个最小单元，所述第N个最小单元的第一输入端和第二输入端与第N-1个最小单元的第一输出端和第二输出端分别连接，所述第N个最小单元的第一输出端和第二输出端与第N+1个最小单元的第一输入端和第二输入端分别连接，N为自然数。

入射平面线极化波电场E可沿水平方向和垂直方向分解为E_x和E_y两个分量，经过所述圆极化选择层出射的电场可沿水平方向和垂直方向分解为出射电场的水平分量E_x ^out和出射电场的垂直分量E_y ^out。所述圆极化选择层透射的圆极化产生条件为

δ＝∠E_x ^out-∠E_y ^out＝nπ/2n＝1,3,5...

其中，E_x ^out为出射电场的水平分量，E_y ^out为出射电场的垂直分量。

如图3所示，为Floquent模式下TM与TE单模激励下的圆极化选择层的电流分布。当TM模式激励时，表面电流主要沿两个路径传播，对于每个所述最小单元，第一条路径为沿-x轴方向从第一输出端通过弯折金属线向第一输入端传播，第二条路径为沿-x轴方向从第二输出端通过弯折金属线向第二输入端传播，形成两个并列交错的弯折路径，且两条路径在中心处交汇。当TE模式激励时，表面电流传播方向与-y轴方向平行，其中，第一条路径为沿-y轴方向从第N个最小单元的第一输入端经过第N-1个最小单元的中心传输至第N个最小单元的第二输入端第二条路径为沿-y轴方向从第N个最小单元的第一输入端经过第N个最小单元的中心传输至第N个最小单元的第二输入端两条路径在第N个最小单元的第一输入端和第二输入端处交汇。从图中可见，圆极化选择层对水平、垂直极化方向的线极化波具有不同的响应，通过实验不断调配所述最小单元结构的关键参数使经过圆极化选择器的电场达到或接近圆极化产生条件，即可在圆极化选择层的出射表面形成圆极化波。所述最小单元结构的关键参数为每个最小单元的宽度W，高度L，第一输入端与第二输入端/第一输出端与第二输出端的垂直距离d，金属弯折线的线宽为s以及凹形金属弯折线的两个水平端的长度W_s和W_L。

如图4所示，本实施例中，工作在18GHz～29GHz(相对带宽为46.8％)的圆极化选择层，通过实验仿真，得到关键参数取值分别为，W＝2mm，W_s＝0.5mm，W_L＝1mm，d＝2.3mm，L＝3.5mm，s＝0.1mm，测量的AR≤3dB频带至少覆盖18GHz～29GHz(相对带宽为46.8％)。测量结果显示，在18GHz～29GHz频带内插入损耗在2.5dB～3dB之间。

综上所述，本发明采用包含多个最小单元的圆极化选择层与介质基板组成圆极化选择器，实现将入射的线极化波电场透射形成圆极化电场，通过验证，本发明仅采用单层圆极化选择层即可实现实现圆极化波的透射，降低了圆极化选择器的加工和装配难度，适用于对体积空间要求较高的设备，也可实现与雷达罩等结构的共形，具有较强的实用价值。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种单层弯折线圆极化选择器，其特征在于，所述圆极化选择器包括：

介质基板；

圆极化选择层，由所述介质基板上的多个最小单元重复连接构成；

所述每个最小单元包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

所述第一输入端和第一输出端之间通过凹形弯折金属线连接，以凹形底部的右端点为中心形成与所述中心呈中心对称的凸形弯折金属线，所述凸形弯折金属线的左端点为第二输入端，右端点为第二输出端。

2.根据权利要求1所述的圆极化选择器，其特征在于，所述圆极化选择层为单层结构。

3.根据权利要求1所述的圆极化选择器，其特征在于，所述圆极化选择层透射标准圆极化的条件为

$\mathrm{\β}=\frac{\left|{E_x}^{out}\right|}{\left|{E_y}^{out}\right|}=1$

δ＝∠E_x ^out-∠E_y ^out＝nπ/2 n＝1,3,5...

其中，E_x ^out为出射电场的水平分量，E_y ^out为出射电场的垂直分量。