一種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器及其對(duì)入射波的響應(yīng)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器及其對(duì)入射波的響應(yīng)方法，包括PCB板、極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、所示極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括根金屬斜棒(2)、二極管(3)以及金屬背板(4)；其響應(yīng)時(shí)，則以z方向入射的波，當(dāng)入射波是x方向上的線極化時(shí)，入射波以x方向上的線極化波反射回去；當(dāng)入射波是y方向上的線極化時(shí)，如果二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波以y方向上的線極化波反射回去；同時(shí)如果二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波能透過(guò)極化轉(zhuǎn)換器，并且轉(zhuǎn)換成x方向的線極化波。本發(fā)明可以使一個(gè)極化方向上波的傳輸受到二極管的調(diào)控，同時(shí)使另一個(gè)極化方向上的波的傳輸特性基本不受影響；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，傳輸效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器及其對(duì)入射波的響應(yīng)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種極化轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種可調(diào)控、各向異性的極化轉(zhuǎn)換器，屬于微波、通信的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁波在空間傳播時(shí)，其電場(chǎng)矢量的瞬時(shí)取向稱為極化。極化方式有兩種:一種是線極化，一種是圓極化。其中線極化又有水平極化波和垂直極化波之分?？梢愿淖冸姶挪O化方向的器件稱為極化轉(zhuǎn)換器。在工程應(yīng)用時(shí)，一般的天線上均裝有極化器，以適應(yīng)不同的極化需求的情況。
[0003]新型人工電磁材料是目前很熱的一個(gè)研究方向，它可以在很薄的情況下對(duì)電磁波進(jìn)行比較自由的調(diào)控，可以很好的滿足極化轉(zhuǎn)換器實(shí)際工作的需求。
[0004]二極管是在電路應(yīng)用中很常用的器件。它們具有可靠，輕便，易加工，成本低等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)直流偏壓的大小，可以明顯的改變二極管的工作特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器及其對(duì)入射波的響應(yīng)方法，是一種印制在PCB板子上的可調(diào)的各向異性的多功能極化轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明可以使一個(gè)極化方向上波的傳輸受到二極管的調(diào)控，同時(shí)使另一個(gè)極化方向上的波的傳輸特性基本不受影響，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，傳輸效率高。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器，包括PCB板(1)、一個(gè)以上的極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，所述極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在PCB板(I)上周期性排列;所述極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括金屬斜棒(2)、二極管(3)、金屬背板(4)，所述金屬斜棒(2)設(shè)置于PCB板(I)的一面上，而所述開(kāi)關(guān)二極管(3)和金屬背板(4)設(shè)置于PCB板(I)的另一面上;所述金屬背板(4)上蝕刻有矩形縫隙(41)，而所述二極管(3)焊接在矩形縫隙(41)之間，同時(shí)所述二極管(3)由金屬斜棒(2)饋電；所述金屬背板
(4)與金屬斜棒(2)之間的夾角在40-50度之間。
[0008]優(yōu)選的:所述金屬背板(4)與金屬斜棒(2)之間的夾角為45度。
[0009]優(yōu)選的:所述金屬背板上(4)的矩形縫隙(41)與金屬斜棒(2)的幾何中心正對(duì)。
[0010]優(yōu)選的:所述極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在PCB板(I)上均勻分布。
[0011]—種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器對(duì)入射波的響應(yīng)方法，選極化轉(zhuǎn)換器上的任一點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，以金屬斜棒(2)到金屬背板(4)的水平直線為z軸，同時(shí)以金屬斜棒(2)到金屬背板(4)的方向?yàn)閆軸正方向；以極化轉(zhuǎn)換器上的豎直直線為y軸，同時(shí)以豎直直線向上為y軸正方向，根據(jù)左手定則，建立坐標(biāo)系xyz;當(dāng)入射波是X方向上的極化時(shí)，無(wú)論二極管(3)處于導(dǎo)通狀態(tài)還是關(guān)閉狀態(tài)，入射波以X方向上的極化波反射回去；當(dāng)入射波是y方向上的極化時(shí)，如果二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波以y方向上的極化波反射回去；同時(shí)，如果二極管
(3)處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波能透過(guò)極化轉(zhuǎn)換器，并且轉(zhuǎn)換成X方向的極化波。
[0012]—種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器對(duì)入射波的響應(yīng)方法，當(dāng)入射波是X方向上的極化時(shí)，無(wú)論二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)還是關(guān)閉狀態(tài)，入射波以X方向上的極化波反射回去；當(dāng)入射波是y方向上的極化時(shí)，如果二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波以y方向上的極化波反射回去；另一方面，如果二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波能透過(guò)極化轉(zhuǎn)換器，并且轉(zhuǎn)換成X方向的極化波。
[0013]本發(fā)明提供的一種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器及其對(duì)入射波的響應(yīng)方法，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0014](I)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，厚度很薄。
[0015](2)采用電調(diào)控，操作方便。
[0016](3)極化轉(zhuǎn)換的效率高。
[0017](4)當(dāng)入射波是X方向上的極化時(shí)，無(wú)論二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)還是關(guān)閉狀態(tài)，入射波以X方向上的極化波反射回去；當(dāng)入射波是y方向上的極化時(shí)，如果二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波以y方向上的極化波反射回去；另一方面，如果二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波能透過(guò)極化轉(zhuǎn)換器，并且轉(zhuǎn)換成X方向的極化波，因此本發(fā)明可以使一個(gè)極化方向上波的傳輸受到二極管的調(diào)控，同時(shí)使另一個(gè)極化方向上的波的傳輸特性基本不受影響
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明的渲染結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(a)是極化轉(zhuǎn)換單元的整體示意圖，圖3(b)是極化轉(zhuǎn)換單元的正面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(c)是極化轉(zhuǎn)換單元的背面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(d)是極化轉(zhuǎn)換單元的側(cè)面圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明不加二極管時(shí)對(duì)不同極化入射波的頻率響應(yīng)，其中圖4 (a)為當(dāng)二極管關(guān)閉的時(shí)候，入射波主要以交叉極化的分量透射了過(guò)去頻率響應(yīng)。圖4(b)為當(dāng)二極管關(guān)閉的時(shí)候，入射波主要以同極化的分量反射了回來(lái)頻率響應(yīng)。
[0022]圖5為本發(fā)明加二極管后對(duì)y極化入射波的調(diào)控作用，其中，圖5(a)表示二極管處于導(dǎo)通和關(guān)閉兩種狀態(tài)下，透射波的交叉極化分量的幅度的仿真結(jié)果。圖5(b)表示二極管處于導(dǎo)通和關(guān)閉兩種狀態(tài)下，透射波的交叉極化分量的幅度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0024]—種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器，參見(jiàn)圖1和圖2。選極化轉(zhuǎn)換器上的任一點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，以金屬斜棒2到金屬背板4的水平直線為z軸，同時(shí)以金屬斜棒2到金屬背板4的方向?yàn)閆軸正方向；如圖1所示，一紙面上的任一點(diǎn)為原點(diǎn)，水平向左為X軸，X周的正方向指向左，以豎直直線為y軸，以向上為y軸正方向，垂直于紙面的直線為z軸，以指向紙面的方向?yàn)閦軸正方向，其包括PCB板1、一個(gè)以上的極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，所述極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在PCB板I上周期性排列;所述極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括金屬斜棒2、二極管3、金屬背板4，所述金屬斜棒2設(shè)置于PCB板I的一面上，而所述開(kāi)關(guān)二極管3和金屬背板4設(shè)置于PCB板I的另一面上;所述金屬背板4上蝕刻有矩形縫隙41，而所述二極管3焊接在矩形縫隙41之間，同時(shí)所述二極管3由金屬斜棒2饋電；所述金屬背板4與金屬斜棒2之間的夾角在40-50度之間。優(yōu)選的，所述金屬背板4與金屬斜棒2之間的夾角為45度。所述矩形金屬貼片和金板上蝕刻出的矩形的夾角的大小可以控制在二極管關(guān)閉時(shí)，透射交叉極化波的幅度，在該夾角為45度時(shí)，交叉極化的幅度最高，在夾角為零時(shí)，交叉極化的幅度最低。所述金屬背板上4的矩形縫隙41與金屬斜棒2的幾何中心正對(duì)。
[0025]所述極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在PCB板I上均勻分布。
[0026]—種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器對(duì)入射波的響應(yīng)方法，當(dāng)入射波是X方向上的極化時(shí)，無(wú)論二極管3處于導(dǎo)通狀態(tài)還是關(guān)閉狀態(tài)，入射波以X方向上的極化波反射回去；當(dāng)入射波是y方向上的極化時(shí)，如果二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波以y方向上的極化波反射回去；另一方面，如果二極管3處于關(guān)閉狀態(tài)，入射波能透過(guò)極化轉(zhuǎn)換器，并且轉(zhuǎn)換成X方向的極化波。
[0027]如圖3所示，為本實(shí)施例的極化轉(zhuǎn)換的過(guò)程:電場(chǎng)方向在E方向上的入射波以k方向照射到極化轉(zhuǎn)換單元上。當(dāng)波通過(guò)金屬斜棒2的時(shí)候，入射波E。?？梢园凑詹煌念l率響應(yīng)分解為垂直于金屬斜棒2的分量Ei和平行于金屬斜棒2的分量E2。其中Ei分量發(fā)生全透射，而E2分量部分透射。在傳播到開(kāi)縫金屬背板4的時(shí)候,EjPE2過(guò)通過(guò)矢量疊加可以重新組合為垂直于矩形縫隙41(金屬縫)的分量Ecr和平行于矩形縫隙41(金屬縫)的分量E。。。其中Ecr分量部分反射，而E。。分量全反射，反射回去的能量又通過(guò)轉(zhuǎn)化成Ei分量和E2分量而發(fā)生不同的響應(yīng)，留在兩個(gè)金屬結(jié)構(gòu)(金屬斜棒2和金屬背板4)之間的能量不停重復(fù)這一過(guò)程，直到殘留的能量可以忽略不計(jì)。如果所有向入射方向的傳播的波矢量疊加后幅度接近于0，則大部分能量以交叉極化波穿透過(guò)去，完成極化轉(zhuǎn)換的過(guò)程。圖3中其他參數(shù)h，l2，W1，W2，g為單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸，Ii表示PCB板的長(zhǎng)度，W1表示PCB板的寬度，t表示PCB板的厚度，I2表示金屬背板上的二極管焊接端頭的寬度，《2表示金屬背板上兩個(gè)焊接端頭直接的距離，g表示矩形縫隙的寬度，g表示，g表示，a表示金屬背板的長(zhǎng)度，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)的尺寸，可以改變極化轉(zhuǎn)換單元的工作頻帶?？勺兊膮?shù)包括金屬斜棒的長(zhǎng)度和寬度，背板縫隙的寬度，以及開(kāi)關(guān)二極管的控制電壓。
[0028]如圖4a所示，當(dāng)二極管關(guān)閉的時(shí)候，入射波主要以交叉極化的分量透射了過(guò)去頻率響應(yīng)。圖4b所示，當(dāng)二極管關(guān)閉的時(shí)候，入射波主要以同極化的分量反射了回來(lái)頻率響應(yīng)。
[0029]圖5a所示，二極管處于導(dǎo)通和關(guān)閉兩種狀態(tài)下，透射波的交叉極化分量的幅度的仿真結(jié)果。圖5b所示，二極管處于導(dǎo)通和關(guān)閉兩種狀態(tài)下，透射波的交叉極化分量的幅度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖5可知，在所設(shè)計(jì)的工作頻率9.7GHz時(shí)，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合
[0030]本發(fā)明中制作極化轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于不同的頻段。例如微波段，毫米波段和太赫茲波段。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器，其特征在于:包括PCB板(1)、一個(gè)以上的極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，所述極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在PCB板(I)上周期性排列;所述極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括金屬斜棒(2)、二極管(3)、金屬背板(4)，所述金屬斜棒(2)設(shè)置于PCB板(I)的一面上，而所述開(kāi)關(guān)二極管(3)和金屬背板(4)設(shè)置于PCB板(I)的另一面上;所述金屬背板(4)上蝕刻有矩形縫隙(41)，而所述二極管(3)焊接在矩形縫隙(41)之間，同時(shí)所述二極管(3)由金屬斜棒(2)饋電;所述金屬背板(4)與金屬斜棒(2)之間的夾角在40-50度之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述金屬背板(4)與金屬斜棒(2)之間的夾角為45度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述金屬背板上(4)的矩形縫隙(41)與金屬斜棒(2)的幾何中心正對(duì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述極化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在PCB板(I)上均勻分布。5.—種基于權(quán)利要求1至5任一所述的基于有源器件的極化轉(zhuǎn)換器對(duì)入射波的響應(yīng)方法，其特征在于:選極化轉(zhuǎn)換器上的任一點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，以金屬斜棒(2)到金屬背板(4)的水平直線為z軸，同時(shí)以金屬斜棒(2)到金屬背板(4)的方向?yàn)閆軸正方向；以極化轉(zhuǎn)換器上的豎直直線為y軸，同時(shí)以豎直直線向上為y軸正方向，根據(jù)左手定則，建立坐標(biāo)系xyz ；當(dāng)入射波是X方向上的極化時(shí)，無(wú)論二極管(3)處于導(dǎo)通狀態(tài)還是關(guān)閉狀態(tài)，入射波以X方向上的極化波反射回去；當(dāng)入射波是y方向上的極化時(shí)，如果二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波以y方向上的極化波反射回去；同時(shí)，如果二極管(3)處于導(dǎo)通狀態(tài)，入射波能透過(guò)極化轉(zhuǎn)換器，并且轉(zhuǎn)換成X方向的極化波。
【文檔編號(hào)】H01Q15/24GK105870639SQ201610194959
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】崔鐵軍, 陶醉, 萬(wàn)向, 潘柏操
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)