一种微波频段有源频率选择表面可调极化转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微波技术领域，涉及一种微波频段有源频率选择表面可调极化转换器。
【背景技术】
[0002]空间传播的电磁波按照极化方式分为线极化波、椭圆极化波和圆极化波；目前的大部分微波发生器产生的波都是线极化波，必须利用圆极化转换器等将线极化波转换为圆极化波。1964年J.R.Pyle首次在文献中提出用金属细丝组成的栅条做圆极化器，随后就有了各种金属线式的光栅圆极化器问世。但是它们或者轴比不稳定，或者频带较窄，而且损耗也比较大。1984年，Level等人首次提出可以使用频率选择表面(FSS)来设计圆极化器，这种频率选择表面是由在介质板上印刷多层金属折线栅的方式制成。之后对基于频率选择表面的圆极化器做了大量的研宄，使这种线/圆极化转换器在高频、宽带、厚度等方面日益成熟。目前频率选择表面式的圆极化器由于具有体积小，易于加工，工作频率高等优点在毫米、亚毫米波段广泛应用。但是这些圆极化转换器是固定的转换，不具有可调性。
[0003]随着技术的发展，越来越多的场合需要实现极化复用。而目前应用的可调极化转换器大部分是利用机械移动进行调节，速度较慢已不能满足实际应用的需要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种微波频段有源频率选择表面可调极化转换器，该转换器具备自动极化转换可控制的能力，同时调节速度快、体积小，结构简单。
[0005]为达到上述目的，本发明所述的微波频段有源频率选择表面可调极化转换器包括介质基板、第一 PIN管、第二 PIN管及若干第三PIN管，介质基板的前表面及后表面上正对刻蚀有若干组金属环折线栅，同一表面上各组金属环折线栅等间距分布，各组金属环折线栅均包括第一金属环、第二金属环、第三金属环、第四金属环、若干第一半椭圆金属环及若干第二半椭圆金属环，第一金属环、第二金属环、第三金属环及第四金属环均为四分之一椭圆结构，第一金属环的开口、各第一半椭圆金属环的开口及第二金属环的开口均向下，第三金属环的开口、各第二金属半椭圆环的开口及第四金属环的开口均向上；
[0006]在同一组金属环折线栅中，所述第一金属环的下端与第一个第一半椭圆金属环的一端相连接，相邻两个第一半椭圆金属环的端部之间相连接，第二金属环的下端与最后一个第一半椭圆金属环的一端相连接；第三金属环的下端与第一个第二半椭圆金属环的一端相连接，相邻两个第二半椭圆金属环的端部之间相连接，第四金属环的下端与最后一个第二半椭圆金属环的一端相连接，且第一金属环正对第三金属环，第二金属环正对第四金属环，各第一半椭圆金属环正对对应的第二半椭圆金属环；所述第一金属环与第一个第一半椭圆金属环的连接处和第三金属环与第一个第二半椭圆金属环的连接处通过第一 PIN管相连接，相邻两个第一半椭圆金属环的连接处与对应相邻两个第二半椭圆金属环的连接处通过第三PIN管相连接，第二金属环与最后一个第一半椭圆金属环的连接处和第四金属环与最后一个第二半椭圆金属环的连接处通过第二 PIN管相连接；
[0007]使用时，各第一金属环的上端与电源的正极相连接，各第三金属环的上端与电源的负极相连接。
[0008]所述介质基板的厚度为h;
[0009]所述第一半椭圆金属环的宽度及第二半椭圆金属环的宽度均为hi ；
[0010]相邻两组金属环折线栅的顶部之间的间距为h2 ;
[0011]第一半椭圆金属环内侧面长轴的长度、第二半椭圆金属环内侧面长轴的长度、第一金属环内侧面长轴的长度、第二金属环内侧面长轴的长度、第三金属环内侧面长轴的长度及第四金属环内侧面长轴的长度均为rl ;
[0012]第一半椭圆金属环内侧面短轴的长度、第二半椭圆金属环内侧面短轴的长度、第一金属环内侧面短轴的长度、第二金属环内侧面短轴的长度、第三金属环内侧面短轴的长度及第四金属环内侧面短轴的长度均为r2 ；
[0013]第一半椭圆金属环的壁面宽度、第二半椭圆金属环的壁面宽度、第一金属环的壁面宽度、第二金属环的壁面宽度、第三金属环的壁面宽度及第四金属环的壁面宽度均为w ;
[0014]所述第一金属环与第一个第一半椭圆金属环的连接处与第三金属环与第一个第二半椭圆金属环的连接处之间的间距、相邻两个第一半椭圆金属环的连接处与对应相邻两个第二半椭圆金属环的连接处之间的间距、以及第二金属环与最后一个第一半椭圆金属环的连接处与第四金属环与最后一个第二半椭圆金属环的连接处之间的间距均为g ;
[0015]其中，h:hl:h2:rl:r2:w:g = 3:6.58:14:3.556:2.91:0.38:1.09。
[0016]所述第一 PIN管的工作频率、第二 PIN管的工作频率、以及第三PIN管的工作频率均大于等于1GHz。
[0017]所述介质基板为F4B-2基板，介质基板的介电常数为2.65。
[0018]本发明具有以下有益效果:
[0019]本发明所述的微波频段有源频率选择表面可调极化转换器在使用时，通过调节第一 PIN管、第二 PIN管及第三PIN管的开关状态实现输出电磁波极化的自动转换控制，从而实现极化复用，实用性极强，同时通过第一金属环、第二金属环、第三金属环、第四金属环、第一半椭圆金属环及第二半椭圆金属环将第一 PIN管、第二 PIN管及各第三PIN管相连接，省去第一 PIN管、第二 PIN管及各第三PIN管的馈电电路，结构简单，性能稳定、调节速度快，体积小，具有良好的应用前景，可以广泛的应用于天线设计中以实现极化复用天线。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的结构示意图；
[0021]图2为本发明中单个单元的结构示意图；
[0022]图3为本发明的实施例中第一 PIN管31、第二 PIN管32及第三PIN管33的馈电方式示意图；
[0023]图4为本发明的实施例中第一 PIN管31、第二 PIN管32及第三PIN管33开状态TE极化和TM极化幅频特性仿真结果图；
[0024]图5为本发明的实施例中第一 PIN管31、第二 PIN管32及第三PIN管33关状态TE极化和TM极化幅频特性仿真结果图；
[0025]图6为本发明的实施例中第一 PIN管31、第二 PIN管32及第三PIN管33的开状态轴比仿真结果图；
[0026]图7为本发明的实施例中第一 PIN管31、第二 PIN管32及第三PIN管33的关状态椭圆度仿真结果图。
[0027]其中，I为介质基板、21第一金属环、22为第二金属环、23为第三金属环、24为第四金属环、25为第一半椭圆金属环、26为第二半椭圆金属环、31为第一 PIN管、32为第二 PIN管、33为第三PIN管。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0029]参考图1及图3，本发明所述的微波频段有源频率选择表面可调极化转换器包括介质基板1、第一 PIN管31、第二 PIN管32及若干第三PIN管33，介质基板I的前表面及后表面上正对刻蚀有若干金属环折线栅，同一表面上各组金属环折线栅等间距分布，各组金属环折线栅均包括第一金属环21、第二金属环22、第三金属环23、第四金属环24、若干第一半椭圆金属环25及若干第二半椭圆金属环26，第一金属环21、第二金属环22、第三金属环23及第四金属环24均为四分之一椭圆结构，第一金属环21的开口、各第一半椭圆金属环25的开口及第二金属环22的开口均向下，第三金属环23的开口、各第二半椭圆金属环26的开口及第四金属环24的开口均向上；在同一组金属环折线栅中，所述第一金属环21的下端与第一个第一半椭圆金属环25的一端相连接，相邻两个第一半椭圆金属环25的端部之间相连接，第二金属环22的下端与最后一个第一半椭圆金属环25的一端相连接；第三金属环23的下端与第一个第二半椭圆金属环26的一端相连接，相邻两个第二半椭圆金属环26的端部之间相连接，第四金属环24的下端与最后一个第二半椭圆金属环26的一端相连接，且第一金属环21正对第三金属环23，第二金属环22正对第四金属环24，各第一半椭圆金属环25正对对应的第二半椭圆金属环26 ;所述第一金属环21与第一个第一半椭圆金属环25的连接处与第三金属环23与第一个第二半椭圆金属环26的连接处通过第一 PIN管31相连接，相邻两个第一半椭圆金属环25的连接处与对应相邻两个第二半椭圆金属环26的连接处通过第三PIN管33相连接，第二金属环22与最后一个第一半椭圆金属环25的连接处与第四金属环24与最后一个第二半椭圆金属环26的连接处通过第二 PIN管32相连接；
[0030]使用时，各第一金属环21的上端与电源的正极相连接，各第三金属环23的上端与电源的负极相连接。需要说明的是，所述第一 PIN管31的工作频率、第二 PIN管32的工作频率、以及第三PIN管33的工作频率均大于等于1GHz，介质基板I为F4B-2基板，介质基板I的介电常数为2.65。
[0031]其中，所述介质基板I的厚度为h ；
[0032]所述第一半椭圆环25的宽度及第二半椭圆环26的宽度均为hi ;
[0033]相邻两组金属环折线栅的顶部之间的间距为h2 ;
[0034]第一半椭圆金属环25内侧面长轴的长度、第二半椭圆金属环26内侧面长轴的长度、第一金属环21内侧面长轴的长度、第二金属环22内侧面长轴的长度、第三金