一种基于超材料的反射模式宽频带线偏振转换器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于超材料及电磁功能材料技术领域，涉及一种线偏振转换器，特别涉及 一种基于超材料的反射模式宽频带线偏振转换器。
【背景技术】
[0002] 电磁波的偏振(极化)状态在液晶显示、射频天线及各种辐射器件、卫星天线与光 学器件以及电磁隐身技术等方面具有广泛的应用。传统转换电磁波偏振特性的材料或方法 主要依赖于材料的本征属性，常常表现出电磁波偏振转换频带窄、效率低、体积大以及不易 与其它器件集成等问题。超材料是一种新型亚波长周期性人工结构材料，具有可设计性和 可调控性的特点，可以通过改变其微结构的形状、尺寸和排列方式等来调控它对电磁波的 响应强度和频谱范围。
[0003] 国内外研究的透射模式偏振转换器一般为"金属膜-介质层-金属膜"结构，其工作 原理是对入射电磁波的电和磁响应的微结构单元进行独立设计，产生局域的电磁耦合共 振，入射的电磁波通过设计的超材料后，不同方向上的波矢量产生相位差，从而使透射波的 偏振态相对于入射波发生了改变。这种透射模式的偏振转换器可实现线偏振到圆偏振的转 换，也可以实现水平线偏振到垂直线偏振的转变，但工作频带窄。目前实现多频偏振转换的 方法主要有两种，一种是在厚度方向上多层金属嵌套实现多频偏振转换；另一种是在平面 内将不同尺寸金属单元组合排列在一起构成超单元来实现宽多频带偏振转换。第一种方法 虽然可以设计成多频带偏振转换器，但工艺要求高，制备过程复杂，加工成本高；第二种方 法仅设计为三层结构，在工艺上容易实现，成本低，但是难以实现宽频带偏振转换。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷和需求，本发明提出了一种基于超材料的反射模式宽频带线 偏振转换器，其目的在于解决传统材料或器件电磁波偏转换振器带宽不足和效率低的问 题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提出了一种于超材料的反射模式宽频带线偏振转换器的 基本单元，包括依次设置的图案层、基板和背板，图案层是具有厚度的对称图形，对称图形 的对称轴与水平方向夹角为45°。
[0006] 进一步地，对称图形是长方锯齿形、椭圆形、三角形或者长方形。
[0007] 进一步地，对称图形的宽度a小于等于长度1的一半；
[0008] 对称图形的长度1为50nm_51mm、宽度a为15nm_25 · 5mm。
[0009] 更进一步地，长方锯齿形的线宽w为2nm-1 mm、缝隙宽g为1 nm-0 · 5mm。
[0010] 进一步地，基本单元的水平周期性长度px等于垂直周期性长度py，基本单元的水平 周期性长度p x和垂直周期性长度py为50nm-50mm。
[0011] 进一步地，图案层厚度h小于所述基板厚度t2,背板厚度t3小于等于所述基板厚度 ?2；
[0012] 图案层厚度ti为5nm_0.01mm，基板厚度t2为50nm-15mm，背板厚度t3为50nm_0· 1mm。
[0013] 进一步地，长方据齿形的长度1为5. 宽度a为5mm-50mm、线宽w为0.1mm- lmm、缝隙宽 g为0 · 05mm-〇 .5mm;
[0014] 基本单元的水平周期性长度px和垂直周期性长度py为5mm-50mm;
[0015]图案层厚度1：1为0.01111111-0.11]1111，基板厚度丨2为1111111-151]1111，背板厚度丨3为0.01111111-0.1mm〇
[0016] 进一步地，长方锯齿形的长度1为50nm-2000nm、宽度a为15nm-800nm、线宽w为2nm-1 OOnm、缝隙宽 g为 1 nm_50nm;
[0017] 基本单元的水平周期性长度px和垂直周期性长度py为50nm-2000nm;
[0018] 图案层厚度ti为5nm-200nm，基板厚度t2为50nm-500nm，背板厚度t3为50nm-500nm。
[0019] 进一步地，图案层的材料是金属；
[0020] 基板的材料是介电材料，介电材料的相对介电常数实部为1-10;
[0021] 背板的材料是金属。
[0022] -种基于超材料的反射模式宽频带线偏振转换器，包括上述基于超材料的反射模 式宽频带线偏振转换器的基本单元，基本单元呈周期性阵列排列，基本单元之间无缝连接。
[0023] 本发明提出的基于超材料的反射模式宽频带线偏振转换器，可实现反射模式宽频 带线偏振的转换，提高相对带宽，增强效率，可广泛应用于液晶显示、射频天线相关的各种 福射器件、光学器件、抗电磁干扰以及雷达隐身技术。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明提出的一种基于超材料的反射模式宽频带线偏振转换器的主视图；
[0025] 图2是本发明提出的长方锯齿型基本单元的仰视图；
[0026] 图3是本发明提出的长方锯齿型基本单元的立体图；
[0027] 图4是本发明提出的长方锯齿型基本单元的主视图；
[0028] 图5是实施例1提出的线偏振转换器的仿真实验偏振反射系数图；
[0029] 图6是实施例1提出的线偏振转换器的仿真实验线偏振转换率图；
[0030] 图7是实施例2提出的线偏振转换器的仿真实验偏振反射系数图；
[0031] 图8是实施例2提出的线偏振转换器的仿真实验线偏振转换率图。
[0032] 图中标号说明：
[0033] 1-图案层；
[0034] 2-基板；
[0035] 3-背板。
【具体实施方式】
[0036] 实施例1
[0037]如图1所示，一种应用于雷达波段(2-18GHZ)的基于超材料的反射模式宽频带线偏 振转换器，包括呈周期性阵列排列的基本单元，基本单元之间无缝连接。
[0038]如图2所示，基本单元包括依次设置的图案层1、基板2和背板3。
[0039]如图3所示，图案层1是长方锯齿形。
[0040] 可选的，图案层1还可以是椭圆形、三角形、长方形或者其他对称图形，对称图形的 对称轴与水平方向夹角为45°。
[0041] 长方锯齿形的长度 1 = 5. 宽度a=lmm-25.5mm、线宽w = 0. lmm-lmm、缝隙 宽g = 0.05mm-0.5mm，基本单元的周期性长度px=py = 5mm-50mm。
[0042] 优选的，长方锯齿形的长度1 = 10 · 2mm、宽度a = 2mm、线宽w = 0 · 2mm、缝隙宽g = 0· 1mm，基本单元的周期性长度px=py=10mm。
[0043] 可选的，长方锯齿形的长度1 = 5.1mm、宽度a = 2.5mm、线宽w = 0.1mm、缝隙宽g = 0.05mm，基本单元的周期性长度px=py = 5mm。
[0044] 可选的，长方锯齿形的长度1 = 51mm、宽度a = 25.5mm、线宽w= 1mm、缝隙宽g = 0 · 5mm，基本单元的周期性长度px=py = 50mm。
[0045] 可选的，长方锯齿形的长度1 = 30 · 2mm、宽度a = 10mm、线宽w = 0 · 5mm、缝隙宽g = 0 · 3mm，基本单元的周期性长度px=py = 30mm。
[0046] 如图4所不，图案层厚度ti小于基板厚度t2,即ti<t2;背板厚度t3小于等于基板厚 度t2, BPt3《t2。
[0047] 图案层厚度 ti = 0.01-0.1mm，基板厚度 t2 = l_15mm，背板厚度 t3 = 0.01-0.1mm。 [0048] 优选的，图案层厚度ti = 0 · 015mm，基板厚度t2 = 3mm，背板厚度t3 = 0 · 03mm。
[0049] 可选的，图案层厚度ti = 0.01mm，基板厚度t2 = lmm，背板厚度t3 = 0.01mm。
[0050]可选的，图案层厚度ti = 0.1mm，基板厚度t2 = 15mm，背板厚度t3 = 0.1mm。
[0051 ] 可选的，图案层厚度ti = 0.018mm，基板厚度t2 = 10mm，背板厚度t3 = 0.08mm。
[0052]图案层1的材料是铜。可选的，图案层1的材料还可以是金、银、铝或者其他金属。 [0053]基板2的材料是聚四氟乙烯FR-4,聚四氟乙烯FR-4的介电常数为4.1。可选的，基板 2的材料还可以是光学薄膜MgF 2或者其他介电材料，介电材料的相对介电常数实部