一种透射型超表面结构的制作方法

1.本实用新型涉及微波通信设备技术领域，尤其是涉及一种透射型超表面结构。


背景技术：

2.超表面结构是一种具体电磁属性的二维平面结构。发明人研发了一种带宽反射型电磁波极化旋转超表面，并于2019年06月04日作为第一发明人申请了专利：一种宽带反射型电磁波极化旋转超表面，中国专利授权公告号cn209730181u，该带宽反射型电磁波极化旋转超表面由表层金属谐振结构、中间层介质基板和底层金属背板组成，具有超宽的工作频带、小尺寸和较高的极化转换率等优势。
3.在上述带宽反射型电磁波极化旋转超表面的基础上，发明人经过结构调整，发现了一种电磁波透射效果好，并且结构简单、体积小、易加工的透射型超表面结构。


技术实现要素：

4.因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种透射型超表面结构，具有电磁波透射效果好的优点，并且结构简单、体积小、易加工。
5.为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
6.一种透射型超表面结构，包括基板层、呈椭圆环形的第一金属环、以及呈椭圆环形的第二金属环；
7.所述第一金属环上开设有第一缺口；
8.所述第二金属环上开设有第二缺口；
9.所述第一金属环和第二金属环的形状、大小、以及厚度均相同；
10.所述第一金属环和第二金属环的长轴长度值a的取值区间为[4mm,10mm],所述第一金属环和第二金属环的短轴长度值b的取值区间为[2mm,8mm]，且所述a＞b；
[0011]
所述第一金属环设置在基板层的上表面；
[0012]
所述第二金属环设置在基板层的下表面。
[0013]
进一步的，所述第一缺口的宽度w的取值区间为[0.2mm,3mm]；所述第二缺口的宽度与第一缺口的宽度相同。
[0014]
进一步的，所述第一金属环和第二金属环的厚度t的取值区间为[0.03mm,0.04mm]。
[0015]
进一步的，所述基板层的厚度h的取值区间为[2mm,3mm]。
[0016]
通过采用前述技术方案，本实用新型的有益效果是：
[0017]
当电磁波入射到本透射型超表面结构表面上时，入射的电磁波几乎都透过本透射型超表面结构，只有很少一部分会反射，与反射型超表面结构不同。在工作频带(7.86-21.98ghz)内实现对垂直入射线极化波到交叉极化反射波的极化旋转，仿真结果表明，在工作带宽7.86-21.98ghz的频率范围内，该超表面的交叉极化反射系数的最小值在0.9左右。
[0018]
并且，随着所述第一缺口和第二缺口的增大，同极化透射的带宽更宽。-3db的工作
频带分别可以达到10.09-17.88ghz、11.15-21.116ghz以及12.08-26.11ghz。
[0019]
并且本透射型超表面结构结构简单紧凑，厚度薄，易于加工和实现，便于集成。在遥感及雷达技术等方面有重要的应用价值。
附图说明
[0020]
图1是本实用新型实施例的整体结构示意图。
[0021]
图2是本实用新型实施例的第一金属环结构示意图。
[0022]
图3是本实用新型实施例的第二金属环结构示意图。
[0023]
图4是本实用新型实施例的第一缺口和第二缺口为w＝0.4时的同、交叉极化透射系数图。
[0024]
图5是本实用新型实施例的第一缺口和第二缺口为w＝0.5、w＝0.7、w＝0.9时的同、交叉极化透射系数图。
[0025]
图6是本实用新型实施例的第一缺口和第二缺口为w＝1.1、w＝2、w＝3时的同、交叉极化透射系数图。
具体实施方式
[0026]
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
[0027]
参考图1、图2、图3、图4、图5和图6，本实施例提供一种透射型超表面结构，包括基板层1、呈椭圆环形的第一金属环2、以及呈椭圆环形的第二金属环3。
[0028]
所述基板层1采用绝缘材料，在本具体实施例中，所述基板层1采用taconic系列高频板，更优选的，采用taconic tly-5高频板，其介电常数为2.2，磁导率为1，损耗角正切为0.0009。
[0029]
所述基板层1表面呈正方形，定义所述基板层1的边长p为超表面结构的周期，p的取值范围为[4mm,10mm]。
[0030]
所述基板层1的厚度h的取值区间为[2mm,3mm]。
[0031]
在实际实施时，所述基板层1还可以采用fr-4玻璃布基板、或者聚四氟乙烯高频板。
[0032]
在本具体实施例中，所述第一金属环2和第二金属环3采用铜质材料。在实施实施时，所述第一金属环2和第二金属环3还可以采用金、银、或者铝质材料。
[0033]
所述第一金属环2和第二金属环3的形状、大小、以及厚度均相同。
[0034]
优选的，所述第一金属环2和第二金属环3的长轴长度值a的取值区间为[4mm,10mm],所述第一金属环2和第二金属环3的短轴长度值b的取值区间为[2mm,8mm]，且a＞b，a＝p。
[0035]
所述第一金属环2以及第二金属环3的厚度t的取值区间范围为[0.03mm,0.04mm]。
[0036]
所述第一金属环2上开设有第一缺口21，所述第二金属环3上开设有第二缺口31。
[0037]
所述第一缺口21和第二缺口31的宽度w的取值区间为[0.2mm,3mm]。在具体设置时，使所述第一缺口21和第二缺口31的宽度大小相同。
[0038]
如图1，定义基板层1的前面为上表面，后面为下表面。
[0039]
所述第一金属环2设置在基板层1的上表面；所述第二金属环3设置在基板层1的下
表面。
[0040]
并且，如图1、图2和图3所示，所述基板层1、第一金属环2和第二金属环3的中心位于同一条垂直线上。所述第一缺口21位于第一金属环2短轴的顶点位置，所述第二缺口31位于第二金属环3短轴的顶点位置，所述第一金属环2沿中心原点顺时针旋转180
°
后在基板层1上的正投影与第二金属环2在基板层1上的正投影重合。
[0041]
图4为第一缺口21和第二缺口31的宽度w＝0.4时的同、交叉极化透射系数图。
[0042]
其中，横坐标为频率，单位为ghz；纵坐标为同、交叉极化透射系数。其中，t
yx
表示x极化方向的入射波与y方向的透射波之间的透射系数，t
xx
表示电磁波入射到超表面后在同一个极化方向上的透射能力，t
yx
表示电磁波入射到超表面后在交叉极化方向上的透射能力。假设电磁波的极化方向为x方向，若同极化透射性能较好，则本投射型超表面允许x方向上的电磁波透过，而很大程度上滤除掉y方向上的电磁波，反之，则说明交叉极化透射性能好。
[0043]
从图4可以看出，在频带范围6-16ghz左右，同极化透射系数t
xx
的值较高，几乎均在-10db以内，交叉极化透射系数t
yx
的值在该频带范围内较低，最高值为-50db左右。因此可以得出，在该频带范围内实现了较好的同极化波透射。具体指标为：-3db的工作频带为9.25-15.42ghz，中心频率f0＝12.31ghz，相对带宽为50％。
[0044]
图5为所述第一缺口21和第二缺口31的宽度w取0.5、0.7以及0.9时的同、交叉极化透射系数图。从图5中可以看出，随着所述第一缺口21和第二缺口31的增大，实现同极化波透射的带宽越宽。-3db的工作频带分别为9.40-17.16ghz、9.66-16.49ghz以及9.91-17.16ghz。
[0045]
图6为所述第一缺口21和所述第二缺口31的宽度w大于1时(分别取1.1、2、3)的同、交叉极化透射系数图。从图6中可以看出，随着所述第一缺口21和所述第二缺口31的增大，同极化透射的带宽更宽。-3db的工作频带分别可以达到10.09-17.88ghz、11.15-21.116ghz以及12.08-26.11ghz。
[0046]
可以看出，通过调节第一缺口21和第二缺口31的宽度w大小，使本透射型超表面结构工作在不同的频带，且当第一缺口21和第二缺口31的宽度w越大，其工作频带范围越宽。
[0047]
本透射型超表面结构能在宽频带内实现线极化电磁波到同极化电磁波的极化透射。且具有结构简单、体积小、易于加工和频带宽等优势，并在工作频带(7.86-21.98ghz)内具有良好的电磁波透射性能。
[0048]
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。