摘要
随着通信的高速发展以及5G的到来，对电磁波传播的要求越来越高。极化是电磁波的一个重要特性，能够操控各种极化态的极化转换器在卫星通信、电磁隐身、天线设计、成像和波束控制等领域发挥着重要的作用。传统的极化转换器主要依靠材料本身的相位积累进行极化调控，但其体积庞大不便于应用。超表面的出现为极化转换器的发展提供了新的方向，超表面是一种亚波长二维阵列平面，研究发现，电磁波的极化调控能够通过设计其单元结构和排列方式来实现，且具有尺寸小、应用范围广以及易于集成等优势。为了满足多场景应用的需求，本文基于多模谐振超表面设计了两款功能可切换极化转换器，性能优异且能灵活切换适用于多种场景。具体研究内容如下: 1、设计了一款基于超表面的宽带/双频功能可切换线极化转换器。通过改变加载在有源超表面上的PIN二极管状态的通断来控制极化转换器的功能切换，当二极管断开时，该器件在6.43-10.16GHz频段内实现宽带线极化转换功能;当二极管导通时，该器件在6.08-6.39GHz和11.7-12.54GHz频段内实现双频线极化转换功能。同时，通过模式分析及电磁谐振理论阐述了极化转换机理，实物的测试结果与仿真结果吻合较好，验证了该方法的有效性。提出的线极化转换器具有良好的可切换功能、低剖面以及滤波线极化转换特性。 2、研制了一款基于多模有源超表面的线/圆极化功能可切换极化转换器，该超表面通过在方形贴片谐振器上开槽和切角得到，利用PIN二极管状态的通断来操控极化转换器的功能切换。当二极管断开时，该器件在5.95-14.47GHz频段范围内实现宽带线极化转换功能;当二极管导通时，该器件在8.83-18.2GHz频段范围内实现宽带圆极化转换功能。研究了超表面结构参数对极化转换器性能的影响，随后通过上下表面的电流分布分析解释了极化转换机理。提出的极化转换器具有良好的可切换功能、宽工作频带以及低轴比特性。
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