极化调制器

本公开涉及电磁信号调制技术领域，特别是涉及一种极化调制器。

背景技术：

在电磁波信号调制技术中，往往只关注电磁波信号的幅值和相位信息，而对电磁波信号的极化信息关注较少，在通信、雷达及成像等技术中，电磁波信号的极化信息往往有着非常重要的作用。

如何对电磁波信号进行极化调制，以使获得的电磁波信号的极化方向满足要求，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本公开实施例的目的在于提供一种极化调制器，以实现对电磁波信号进行极化调制，以使获得的电磁波信号的极化方向满足要求。具体技术方案如下：

本公开实施例提供了一种极化调制器，包括：

支架；

第一介质线栅结构，固定于所述支架，所述第一介质线栅结构具有第一入射侧和第一出射侧，所述第一介质线栅结构配置为将从所述第一入射侧入射的第一线极化波转换为从所述第一出射侧射出的圆极化波；

第二介质线栅结构，所述第二介质线栅结构具有第二入射侧和第二出射侧，所述第二入射侧面向所述第一出射侧，所述第二介质线栅结构可转动地连接于所述支架，所述第二介质线栅结构配置为将从所述第二入射侧入射的圆极化波转换为从所述第二出射侧射出的第二线极化波。

本公开实施例提供的极化调制器，包括支架、第一介质线栅结构和第二介质线栅结构，其中第一介质线栅结构具有第一入射侧和第一出射侧，这样，能够将从第一入射侧入射的第一线极化波转换为圆极化波，并从第一出射侧射出。第二介质线栅结构的第二入射侧面向第一出射侧，因此能够接收第一出射侧所射出的圆极化波，且能够将该圆极化波转换为第二线极化波从第二出射侧射出。第二介质线栅结构可转动地连接于支架，而其第二出射侧所射出的第二线极化波的极化方向与第二介质线栅在支架上的转动角度有关，由于第二介质线栅结构可转动地连接于支架，故而第二介质线栅结构的转动角度可调，这样，就可以通过调整第二介质线栅结构的转动角度的方式调制出满足预期方向要求的第二线极化波。可见，本公开实施例能够实现对电磁波信号进行极化调制，以使获得的电磁波信号的极化方向满足要求。

在一些实施例中，所述极化调制器还包括可转动地连接于所述支架的波过滤栅，所述波过滤栅具有第三入射侧和第三出射侧，所述第三入射侧面向所述第二出射侧，所述波过滤栅用于对所述第二线极化波进行过滤，以滤除预设极化方向以外的杂波。

在一些实施例中，所述第一介质线栅结构、所述第二介质线栅结构和所述波过滤栅的中心位于同一直线上。

在一些实施例中，所述极化调制器还包括驱动装置，所述驱动装置与所述第二介质线栅结构连接，以驱动所述第二介质线栅结构相对于所述支架转动。

在一些实施例中，所述驱动装置还与所述波过滤栅连接，以驱动所述波过滤栅以与所述第二介质线栅结构同步的方式相对于所述支架转动。

在一些实施例中，所述第一介质线栅结构包括第一介质环和设置于所述第一介质环的内侧的多个第一金属栅条，多个所述第一金属栅条平行且间隔设置。

在一些实施例中，所述第一金属栅条与水平面呈45°或135°的夹角。

在一些实施例中，所述第二介质线栅结构包括第二介质环和设置于所述第二介质环的内侧的多个第二金属栅条，多个所述第二金属栅条平行且间隔设置。

在一些实施例中，所述波过滤栅包括第三介质环和设置于所述第三介质环的内侧的多个第三金属栅条，多个所述第三金属栅条平行且间隔设置，任意相邻的两个第三金属栅条之间的间距均大于所述第三金属栅条的宽度。

在一些实施例中，所述第二金属栅条在与所述极化调制器的中轴线相垂直的平面上的投影，与所述第三金属栅条在所述平面上的投影之间的夹角为40°-50°。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的极化调制器的结构示意图；

图2为图1所示的极化调制器的a向视图；

图3为图1所示的极化调制器的b-b向剖视图；

图4为图1所示的极化调制器的c-c向剖视图；

图5为仿真实验获得的第二介质线栅结构的旋转角度与其射出的线极化波的极化方向之间的关系示意图。

图标：1-支架；2-第一介质线栅结构；21-第一入射侧；22-第一出射侧；23-第一介质环；24-第一金属栅条；3-第二介质线栅结构；31-第二入射侧；32-第二出射侧；33-第二介质环；34-第二金属栅条；4-波过滤栅；41-第三入射侧；42-第三出射侧；43-第三介质环；44-第三金属栅条。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

为了实现对电磁波信号进行极化调制，以使获得的电磁波信号的极化方向满足要求，本公开实施例提供了一种极化调制器。

如图1所示，本公开实施例提供的极化调制器，包括：支架1；第一介质线栅结构2，固定于支架1，第一介质线栅结构2具有第一入射侧21和第一出射侧22，第一介质线栅结构2配置为将从第一入射侧21入射的第一线极化波转换为从第一出射侧22射出的圆极化波；第二介质线栅结构3，第二介质线栅结构3具有第二入射侧31和第二出射侧32，第二入射侧31面向第一出射侧22，第二介质线栅结构3可转动地连接于支架1，第二介质线栅结构3配置为将从第二入射侧31入射的圆极化波转换为从第二出射侧32射出的第二线极化波。

本公开实施例提供的极化调制器，包括支架1、第一介质线栅结构2和第二介质线栅结构3，其中第一介质线栅结构2具有第一入射侧21和第一出射侧22，这样，能够将从第一入射侧21入射的第一线极化波转换为圆极化波，并从第一出射侧22射出。第二介质线栅结构3的第二入射侧31面向第一出射侧22，因此能够接收第一出射侧22所射出的圆极化波，且能够将该圆极化波转换为第二线极化波从第二出射侧32射出。第二介质线栅结构3可转动地连接于支架1，而其第二出射侧32所射出的第二线极化波的极化方向与第二介质线栅在支架1上的转动角度有关，由于第二介质线栅结构3可转动地连接于支架1，故而第二介质线栅结构3的转动角度可调，这样，就可以通过调整第二介质线栅结构3的转动角度的方式调制出满足预期方向要求的第二线极化波。可见，本公开实施例能够实现对电磁波信号进行极化调制，以使获得的电磁波信号的极化方向满足要求。

如图1所示，在本公开的一些实施例中，极化调制器还包括可转动地连接于支架1的波过滤栅4，波过滤栅4具有第三入射侧41和第三出射侧42，第三入射侧41面向第二出射侧32，波过滤栅4用于对第二线极化波进行过滤，以滤除预设极化方向以外的杂波。虽然第二介质线栅结构3能够将圆极化波转换为第二线极化波，但是可能会存在第二介质线栅结构3的制造误差等原因，导致获得的第二线极化波并不仅包含一个极化方向的线极化波，即，第二线极化波中存在杂波。因此，波过滤栅4的第三入射侧41面向第二出射侧32，能够接收到第二介质线栅结构3射出的第二线极化波，并且能够将第二线极化波中除预设极化方向以外的杂波滤除，这样，能够获得满足预设极化方向的电磁波。

此外，由第二介质线栅结构3射出的第二线极化波中可能包含多个极化方向的线极化波，且各极化方向处于一个较小的范围内，为了使波过滤栅4能够对第二线极化波滤除以获得满足预设极化方向的电磁波，当第二介质线栅结构3可转动地连接于支架1时，波过滤器4也可转动地连接于支架1。在使用时，当对第二介质线栅结构3进行转动了一定角度之后，也应该波过滤栅4转动相应的角度，使得波过滤栅4能够始终对第二线极化波进行滤波处理并获得预设极化方向的电磁波。

如图1所示，在本公开的一些实施例中，第一介质线栅结构2、第二介质线栅结构3和波过滤栅4的中心位于同一直线上。这样，能够降低方向图边缘损失的情况，从而降低本公开实施例的极化调制器的增益损失的情况。

进一步地，第一介质线栅结构2、第二介质线栅结构3和波过滤栅4的外形均为圆形，且第一介质线栅结构2、第二介质线栅结构3和波过滤栅4的外径均相同。

在本公开的一些实施例中，极化调制器还包括驱动装置(图1中未示出)，驱动装置与第二介质线栅结构3连接，以驱动第二介质线栅结构3相对于支架1转动。其中驱动装置可以为电机，通常电机的输出转速较大，因此，还可以在电机与第二介质线栅之间连接减速器，以降低转速，提高扭矩。

进一步地，驱动装置的驱动端可以通过减速器以及链轮与第二介质线栅结构3连接。具体地，在第二介质线栅结构3的外壁沿圆周设置多个链齿，减速器的输出端连接有链轮，链齿与链轮之间通过链条连接；在第二介质线栅结构3中心设置转轴，且该转轴固定于支架1。这样，驱动装置能够通过减速器、链轮、链条以及链齿驱动第二介质线栅结构3绕转轴转动。

在本公开的一些实施例中，驱动装置还与波过滤栅4连接，以驱动波过滤栅4以与第二介质线栅结构3同步的方式相对于支架1转动。具体实现时，可以将波过滤栅4和第二介质线栅结构3与同一个驱动装置连接，以使波过滤栅4与第二介质线栅结构3同步转动，这样，通过一个驱动装置即可同时驱动第二介质线栅结构3和波过滤栅4转动，由此可以减少驱动装置的设置数量。

在本公开的另外一些实施例中，极化调制器还包括与过滤线栅4连接的第二驱动装置。也就是说，通过对两个不同的驱动装置分别驱动第二介质线栅结构3和波过滤栅4转动，并且使得波过滤栅4和第二介质线栅结构3同步转动，例如，为两个驱动装置设置相同的旋转角度以及旋转速度。当波过滤栅4与第二介质线栅结构3同步转动时，这样能够保证第二介质线栅结构3射出的第二线极化波能够始终能够通过波过滤栅4，且能够被波过滤栅4滤波，以获得满足预设极化方向的电磁波。

如图2所示，在本公开的一些实施例中，第一介质线栅结构2包括第一介质环23和设置于第一介质环23的内侧的多个第一金属栅条24，多个第一金属栅条24平行且间隔设置，且任意两个第一金属栅条24之间的间隙均相同。第一介质线栅结构2的材料为低损耗介质，且每个第一金属栅条24沿各第一金属栅条24排列方向的宽度尺寸、每个第一金属栅条24的厚度以及任意两个第一金属栅条24之间的间隙均可以根据第一介质线栅结构2的工作频率计算获得。

当第一线极化波通过第一介质线栅结构2时，第一线极化波可以被分解为沿着两个相互垂直的方向的电磁波分量进行传播。第一介质线栅结构2的第一金属栅条24之间的间隙为空气，其介电常数通常为1，而第一金属栅条24的介电常数不为1，即，第一金属栅条24与间隙的介电常数不同，因此，两个电磁波分量所经过区域的介电常数不同，两个电磁波分量将以不同的速度传播，因此，沿相互垂直的两个方向的电磁波分量之间产生了90°相位差。因此，从第一介质线栅结构2射出的电磁波为圆极化波。

在本公开的一些实施例中，第一金属栅条24与水平面呈45°或135°的夹角。由于入射的第一线极化波的极化方向通常为水平方向或者竖直方向，因此，当第一金属栅条24与水平面呈45°夹角时，能够将极化方向为水平方向的第一线极化波转换为圆极化波。当第一金属栅条24与水平面呈135°夹角时，第一介质线栅结构2能够将极化方向为竖直方向的第一线极化波转换为圆极化波。

如图3所示，在本公开的一些实施例中，第二介质线栅结构3包括第二介质环33和设置于第二介质环33的内侧的多个第二金属栅条34，多个第二金属栅条34平行且间隔设置，且任意两个第二金属栅条34之间的间隙均相同。由于第二介质线栅结构3与第一介质线栅结构2的结构相同，圆极化波通过第二介质线栅结构3时，沿相互垂直的两个方向传播、且相位差为90°的电磁波分量在第二介质线栅结构3传播区域的介电常数不同，这样能够将两个电磁波分量合成为一个电磁波，即，射出的电磁波为第二线极化波。

如图4所示，在本公开的一些实施例中，波过滤栅4包括第三介质环43和设置于第三介质环43的内侧的多个第三金属栅条44，多个第三金属栅条44平行且间隔设置，任意相邻的两个第三金属栅条44之间的间距均大于第三金属栅条44的宽度。其中，第三金属栅条44的宽度指的是第三金属栅条44在与波过滤栅4的中轴线相垂直的平面上的投影的宽度。第三金属栅条44采用金属薄片制成，因此第三金属栅条44的厚度较小，第二线极化波在波过滤栅4上通过的时间较短，而且能够将极化方向为沿第三金属栅条44长度方向之外的杂波滤除，仅保留极化方向为沿第三金属栅条44长度方向的线极化波。此处厚度指的是第三金属栅条44沿极化调制器的中轴线方向上的尺寸。

如图1、图3和图4所示，在本公开的一些实施例中，第二金属栅条34在与极化调制器的中轴线相垂直的平面上的投影，与第三金属栅条44在平面上的投影之间的夹角为40°-50°。由于第二介质线栅结构3射出的第二线极化波的极化方向的误差在-5°～5°之间，而第二线极化波的极化方向与第二金属栅条34之间呈45°夹角，因此，当第二金属栅条34在与极化调制器的中轴线相垂直的平面上的投影，与第三金属栅条44在平面上的投影之间的夹角为40°-50°时，才能够对第二线极化波进行滤波以获得满足预设极化方向的电磁波。

以下结合仿真实验，对本公开实施例的极化调制器所射出的线极化波的极化方向进行测试。

第一介质线栅结构2的第一金属栅条24和第二介质线栅结构3的第二金属栅条34的宽度均为0.5mm，厚度均为3mm，任意两个第一金属栅条24之间的间隙为1mm，任意两个第二金属栅条34之间的间隙为1mm，第一介质线栅结构2和第二介质线栅结构3的工作频率均为95ghz。本次仿真实验中，极化调制器包括支架1、第一介质线栅结构2和第二介质线栅结构3，入射电磁波为沿竖直方向的第一线极化波，极化方向与第一介质线栅结构2的第一金属栅条24的长度方向之间的夹角为45°。参照图5，其中横坐标表示第二介质线栅结构3的旋转角度，当旋转角度为0时，表明第二金属栅条34在极化调制器中轴线相垂直的平面的投影，与第一金属栅条24在平面上的投影之间的夹角为0，纵坐标表示从第二介质线栅结构3射出的第二线极化波的极化方向与入射的第一线极化波的极化方向之间的夹角。从图3中可以看出当第二介质线栅结构3的旋转角度不同时，第二线极化波的主极化方向也不同。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并非用于限定本公开的保护范围。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本公开的保护范围内。