一种电磁波极化状态转换系统及方法与流程

本申请涉及电磁技术领域，更具体地说，涉及一种电磁波极化状态转换系统及方法。

背景技术：

极化是电磁波的基本特性之一，线极化波和椭圆极化波都有着广泛的应用，在不同的应用场景下，需要选择不同极化状态的电磁波使用，因此，线极化波向椭圆极化波的有效转换具有重要的实际意义。

现有技术中具有将线极化波转换为椭圆极化波的系统通常由单个或多个光学元件构成，而这些光学元件的制备精度要求较高，使得现有技术中的电磁波极化状态转换系统的制备难度较高。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本申请提供了一种电磁波极化状态转换系统及方法，以实现降低具备将线极化波转换为椭圆极化波的电磁波极化状态转换系统的制备难度的目的。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种电磁波极化状态转换系统，包括：

导体板，所述导体板包括相对的入射面和出射面，以及均匀排布在所述入射面的入射区域中的多个第一类矩形孔和多个第二类矩形孔；多个所述第一类矩形孔呈阵列排布，多个所述第二类矩形孔呈阵列排布；所述第一类矩形孔和所述第二类矩形孔的深度不同，且所述第一类矩形孔的延伸方向与所述第二类矩形孔的延伸方向垂直；

所述入射面用于接收入射角度小于第一预设值的线极化波入射，以获得从所述出射面出射的椭圆极化波；所述入射角度为入射的电磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。

可选的，所述导体板为矩形金属板；

所述矩形金属板的入射面表面和所述出射面表面均为第一矩形形状，所述第一矩形形状由两条平行的第一边和两条平行的第二边构成，所述第一边与所述第二边垂直；

所述第一边的延伸方向为第一预设方向；

所述第一类矩形孔在平行于所述入射面上的截面形状为第二矩形形状，所述第二矩形形状由两条平行的第三边和两条平行的第四边构成，所述第三边与所述第四边垂直，所述第三边的长度大于所述第四边的长度；

所述第三边的延伸方向为所述第一预设方向，所述第一类矩形孔的延伸方向为所述第三边的延伸方向；

所述第二类矩形孔在平行于所述入射面上的截面形状为第三矩形形状，所述第三矩形形状由两条平行的第五边和两条平行的第六边构成，所述第五边与所述第六边垂直，所述第五边的长度大于所述第六边的长度；

所述第二类矩形孔的延伸方向为所述第五边的延伸方向；

从所述入射面入射的线极化波透过所述第一类矩形孔出射第一线极化波；

从所述入射面入射的线极化波透过所述第二类矩形孔出射第二线极化波，所述第一线极化波和第二线极化波合成后形成从所述出射面出射的椭圆极化波。

可选的，从所述入射面入射的线极化波的极化方向与所述第一预设方向的夹角的取值大于0°，且小于90°。

可选的，从所述入射面入射的线极化波的极化方向与所述第一预设方向的夹角的取值为45°；

所述第一类矩形孔和第二类矩形孔的深度差值为从入射面入射的线极化波的四分之一。

可选的，所述第三边的长度与所述第四边的长度的比值大于或等于10；

所述第四边的长度小于入射的线极化波的波长的十分之一；

所述第五边的长度与所述第六边的长度的比值大于或等于10；

所述第六边的长度小于入射的线极化波的波长的十分之一。

可选的，多个所述第一类矩形孔构成多个第一矩形单元，每个所述第一矩形单元中包括多个沿第一预设方向排列的第一类矩形孔；

多个所述第一矩形单元沿第二预设方向排列，所述第二预设方向与所述第一预设方向垂直；

多个所述第二类矩形孔构成多个第二矩形单元，每个所述第二矩形单元中包括多个沿第二预设方向排列的第二类矩形孔；

多个所述第二矩形单元沿第一预设方向排列。

可选的，相邻所述第一矩形单元之间在第一预设方向上的间距大于十倍所述第四边的长度；

相邻所述第一矩形单元之间在第二预设方向上的间距大于十倍所述第四边的长度；

相邻所述第二矩形单元之间在第一预设方向上的间距大于十倍所述第六边的长度；

相邻所述第二矩形单元之间在第二预设方向上的间距大于十倍所述第六边的长度。

可选的，所述第一预设值的取值范围为70°-80°。

一种电磁波极化状态转换方法，包括：

提供电磁波极化状态转换系统，所述电磁波极化状态转换系统为上述任一项所述的电磁波极化状态转换系统；

将待转换线极化波以预设角度为入射角向所述电磁波极化状态转换系统的入射面入射，以获得椭圆极化波；所述入射角度为入射的电磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。

可选的，所述将待转换线极化波以预设角度为入射角向所述电磁波极化状态转换系统的入射面入射，以获得椭圆极化波包括：

将待转换线极化波垂直入射所述电磁波极化状态转换系统的入射面，以获得椭圆极化波。

从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种电磁波极化状态转换系统及方法，其中，所述电磁波极化状态转换系统由一导体板和贯穿所述导电板的多个第一类矩形孔和多个第二类矩形孔构成，结构简单且制备难度较低，由于多个所述第一类矩形孔和第二类矩形孔的延伸方向以及深度均不同，使得经过所述入射面入射的线极化波在通过这些矩形孔后，可以在出射面形成椭圆极化波出射，从而实现了线极化波向椭圆极化波的转换。

并且所述电磁波极化状态转换系统可以通过调节入射线极化波的极化方向以及所述第一类矩形孔和第二类矩形孔的深度差来调节出射的椭圆极化波的状态，实现起来更加容易且操作更加便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请的一个实施例提供的一种电磁波极化状态转换系统的俯视结构示意图；

图2为图1中沿aa’线的剖面结构示意图；

图3为本申请的另一个实施例提供的一种电磁波极化状态转换系统的俯视结构示意图；

图4-图12为本申请实施例提供的同一入射线极化波得到的不同相位的电场极化图；

图13为本申请的一个实施例提供的一种电磁波极化状态转换方法的流程示意图；

图14为本申请的另一个实施例提供的一种电磁波极化状态转换方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种电磁波极化状态转换系统，如图1和图2所示，图1为所述电磁波极化状态转换系统的俯视结构示意图，图2为图1中沿aa’线的剖面结构示意图，所述电磁波极化状态转换系统包括：

导体板10，所述导体板10包括相对的入射面和出射面，以及均匀排布在所述入射面的入射区域det中的多个第一类矩形孔20和多个第二类矩形孔30；多个所述第一类矩形孔20呈阵列排布，多个所述第二类矩形孔30呈阵列排布；所述第一类矩形孔20和所述第二类矩形孔30的深度不同，且所述第一类矩形孔20的延伸方向与所述第二类矩形孔30的延伸方向垂直；

所述入射面用于接收入射角度小于第一预设值的线极化波入射，以获得从所述出射面出射的椭圆极化波；所述入射角度为入射的电磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。

在本申请实施例提供的附图中的坐标系，均是以出射面指向入射面为x轴正向建立的右手坐标系。所述矩形孔从所述入射面到所述出射面贯穿所述导体板10，即所述矩形孔的深度延伸方向平行于x轴。

在实际应用过程中，当入射的线极化波入射到所述入射面时，会在各个第一类矩形孔20和第二类矩形孔30中激发出一系列特定的谐振模式，这些谐振模式的频率可以由以下方程表示：

其中，f表示谐振模式的谐振频率，c表示真空中的光速，h和w分别表示所述矩形孔的深度和长边的宽度，m为正整数，l是非负整数。谐振模式只存在沿矩形孔的短边方向的电场，因此通过所述矩形孔出射的电磁波也只能具有该方向的电场，即从每一个矩形孔中出射的电磁波均为线极化波。但由于所述第一类矩形孔20和第二类矩形孔30的延伸方向垂直，因此从第一类矩形孔20和第二类矩形孔30中出射的线极化波的极化方向垂直，当入射的线极化波的极化方向与一类矩形孔的延伸方向的夹角越小时，在该类矩形孔中激发的谐振模式就越强，即从矩形孔中出射的电磁波的场强就越强，因此通过调节入射极化波的极化方向接口调节通过两类矩形孔的线极化波的场强。

另外，通过调节第一类矩形孔20和第二类矩形孔30的深度，可以控制通过第一类矩形孔20和第二类矩形孔30的线极化波在出射面一侧的相位差，当两类矩形孔的深度不同时，通过这两类矩形孔的线极化波即在出射面一侧存在相位差。两个不同强度、不同相位且极化方向垂直的线极化波在出射面一侧组合，即形成椭圆极化波。并且当当通过这两类矩形孔的线极化波的强度相同，相位差为90°且极化方向垂直时，将会在出射面一侧形成圆极化波，即特殊的椭圆极化波。

可选的，所述导体板10可以为矩形金属板，此外，所述导体板10还可以为其他良导体构成的板状结构，参考图3，图3为所述导体板10的俯视结构示意图，所述矩形金属板的入射面表面和所述出射面表面均为第一矩形形状，所述第一矩形形状由两条平行的第一边b1和两条平行的第二边b2构成，所述第一边b1与所述第二边b2垂直；

所述第一边b1的延伸方向为第一预设方向；

所述第一类矩形孔20在平行于所述入射面上的截面形状为第二矩形形状，所述第二矩形形状由两条平行的第三边b3和两条平行的第四边b4构成，所述第三边b3与所述第四边b4垂直，所述第三边b3的长度大于所述第四边b4的长度；

所述第三边b3的延伸方向为所述第一预设方向，所述第一类矩形孔20的延伸方向为所述第三边b3的延伸方向；

所述第二类矩形孔30在平行于所述入射面上的截面形状为第三矩形形状，所述第三矩形形状由两条平行的第五边b5和两条平行的第六边(附图3中未标出)构成，所述第五边b5与所述第六边垂直，所述第五边b5的长度大于所述第六边的长度；

所述第二类矩形孔30的延伸方向为所述第五边b5的延伸方向；

从所述入射面入射的线极化波透过所述第一类矩形孔20出射第一线极化波；

从所述入射面入射的线极化波透过所述第二类矩形孔30出射第二线极化波，所述第一线极化波和第二线极化波合成后形成从所述出射面出射的椭圆极化波。

可选的，所述第一边b1可以为所述矩形金属板的长边的延伸方向。

相应的，在图3中，所述第三边b3为所述第一类矩形孔20的长边方向。所述第五边b5为所述第二类矩形孔30的长边方向。

正如前文所述，入射的线极化波的极化方向与所述第一预设方向的夹角不能为0°，也不能为90°，否则只会从第一类矩形孔20或第二类矩形孔30中出射一种线极化波，难以形成椭圆极化波，因此从所述入射面入射的线极化波的极化方向与所述第一预设方向的夹角的取值大于0°，且小于90°。

可选的，从所述入射面入射的线极化波的极化方向与所述第一预设方向的夹角的取值为45°；

所述第一类矩形孔20和第二类矩形孔30的深度差值为从入射面入射的线极化波的四分之一。

在本实施例中，所述当入射的线极化波的极化方向与所述第一预设方向的夹角的取值为45°；且所述第一类矩形孔20和第二类矩形孔30的深度差值为从入射面入射的线极化波的四分之一时，从所述出射面出射的椭圆极化波即为圆极化波。

为了更好地起到形成椭圆极化波的作用，需要对矩形孔的尺寸和多个矩形孔的排列方式进行限定，可选的，所述第三边b3的长度与所述第四边b4的长度的比值大于或等于10；

所述第四边b4的长度小于入射的线极化波的波长的十分之一；

所述第五边b5的长度与所述第六边的长度的比值大于或等于10；

所述第六边的长度小于入射的线极化波的波长的十分之一。

多个所述第一类矩形孔20构成多个第一矩形单元，每个所述第一矩形单元中包括多个沿第一预设方向排列的第一类矩形孔20；

多个所述第一矩形单元沿第二预设方向排列，所述第二预设方向与所述第一预设方向垂直；

多个所述第二类矩形孔30构成多个第二矩形单元，每个所述第二矩形单元中包括多个沿第二预设方向排列的第二类矩形孔30；

多个所述第二矩形单元沿第一预设方向排列。

相邻所述第一矩形单元之间在第一预设方向上的间距大于十倍所述第四边b4的长度；

相邻所述第一矩形单元之间在第二预设方向上的间距大于十倍所述第四边b4的长度；

相邻所述第二矩形单元之间在第一预设方向上的间距大于十倍所述第六边的长度；

相邻所述第二矩形单元之间在第二预设方向上的间距大于十倍所述第六边的长度。

可选的，所述第一预设值的取值范围为70°-80°。即在线极化波在入射面的入射角过大时，可能会出现出射的椭圆极化波的能量过小的情况。优选地，所述线极化波以垂直所述入射面的方式入射。

下面以仿真的方式对本申请的一个具体实施例提供的电磁波极化状态转换系统进行性能验证，在本实施例中，所述第一类矩形孔20的深度为0.6mm，第一类矩形孔20的第三边b3(即长边)尺寸0.5mm，第一类矩形孔20的第四边b4(即短边)尺寸为0.05mm，相邻矩形单元之间在第二预设方向上的间距均为0.55mm，相邻矩形单元之间在第一预设方向上的间距均为0.7mm。

所述第二类矩形孔30的深度为0.75mm，所述第二类矩形孔30的第五边b5(即长边)尺寸0.75mm，第二类矩形孔30的第六边(即短边)尺寸为0.05mm，相邻第二矩形单元之间在第一预设方向上的间距均为0.55mm，相邻第二矩形单元之间在第二预设方向上的间距均为0.7mm。

参考图4-图12，为入射的线极化波具有不同相位(图4为0°，图5为π/6，图6为π/3，图7为π/2，图8为2π/3，图9为5π/6，图10为π，图11为7π/6，图12为4π/3)时，出射的椭圆极化波的电场方向示意图。

下面对本申请实施例提供的电磁波极化状态转换方法进行描述，下文描述的电磁波极化状态转换方法可与上文描述的电磁波极化状态转换系统相互对应参照。

相应的，本申请实施例提供了一种电磁波极化状态转换方法，如图13所示，包括：

s101：提供电磁波极化状态转换系统，所述电磁波极化状态转换系统为上述任一实施例所述的电磁波极化状态转换系统；

s102：将待转换线极化波以预设角度为入射角向所述电磁波极化状态转换系统的入射面入射，以获得椭圆极化波；所述入射角度为入射的电磁波的传播方向与所述入射面的法线的夹角。

可选的，如图14所示，所述将待转换线极化波以预设角度为入射角向所述电磁波极化状态转换系统的入射面入射，以获得椭圆极化波包括：

s1021：将待转换线极化波垂直入射所述电磁波极化状态转换系统的入射面，以获得椭圆极化波。

综上所述，本申请实施例提供了一种电磁波极化状态转换系统及方法，其中，所述电磁波极化状态转换系统由一导体板和贯穿所述导电板的多个第一类矩形孔和多个第二类矩形孔构成，结构简单且制备难度较低，由于多个所述第一类矩形孔和第二类矩形孔的延伸方向以及深度均不同，使得经过所述入射面入射的线极化波在通过这些矩形孔后，可以在出射面形成椭圆极化波出射，从而实现了线极化波向椭圆极化波的转换。

并且所述电磁波极化状态转换系统可以通过调节入射线极化波的极化方向以及所述第一类矩形孔和第二类矩形孔的深度差来调节出射的椭圆极化波的状态，实现起来更加容易且操作更加便捷。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。