Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Спутниковый конвертер универсальный и круговой

Спутниковый конвертер универсальный и c круговой поляризацией 

Спутниковый конвертер универсальный и c круговой поляризацией  – устройство или прибор, для приёма сигнала со спутника, совмещает в себе условно два устройства (функции), преобразователь сигнала из одного диапазона в определённую частоту и усилитель сигнала.

 

             

 

Виды.

Существует большое количество различных конвектеров. Они отличаются частотой гетеродина, типом поляризации, показателем уровня шума, работают в разных диапазонах частот.

Рассмотрим два вида конвертера работающих в Ku диапазоне. Данные конвертера имеют наибольшее распространение.

1. Универсальный конвертер с линейной поляризацией.

Один из самых популярных конвертеров. Принимает программы, транслируемые с вертикальной и горизонтальной поляризацией, с различных спутников.

Например – Amos 4w, Astra 4.8E, Hotbird 13E и другие.

2. С круговой поляризацией.

Используется для работы в Ku – диапазоне 11700-12750 МГц. Именно такой спутниковый конвертер, с круговой поляризацией, нужен для приёма программ провайдеров «НТВ Плюс» и «Триколор ТВ».  Данный конвертер, по внешнему виду, не отличаться от «универсального», но имеет встроенную диэлектрическую пластину, т.н. деполяризатор и один гетеродин с частотой 10750 МГц. В названии конвертера имеется надпись Circular Single.

                                                       

 

TWIN.

                                          

Данный преобразователь применяется для установки на спутниковой антенне, с целью просмотра телевизионного контента независимо, на двух телевизорах.

 

QUAD.

                                       

Применение конвертера Quad, обусловлено необходимостью независимого просмотра спутниковых программ – до четырёх телевизоров.

Характеристики – Ku диапазон.

Спутниковые конвертеры характеризуются:

– в первую очередь коэффициентом собственных шумов

– частотой гетеродина (9750Мгц и 10600Мгц. – универсальный конвертер с линейной поляризацией. 10750Мгц. – для конвертера с круговой поляризацией)

– для KU диапазона – поддиапазоном частот (нижний, верхний, Telecom).

– типом поляризации сигнала (горизонтальная, вертикальная, круговая – левая и правая)

– количеством выходов

 

Что внутри?

Устанавливая спутниковые антенны, клиенты иногда спрашивают: «Что внутри?»

Давайте разберём устройство и посмотрим, что внутри.

 

 

Цель данной статьи, дать начальное представление о спутниковом конвнртере.

 

Автор: Юрий Попко Статья добалена: 2017-08-16 15:42:16

Тест круговых конверторов для Триколор и НТВ+

Тест конверторов для Триколор и НТВ+, имеющихся, на момент тестирования, в магазине Спутник-Регион.

Довольно часто покупатели спрашивают, какой конвертор выбрать для НТВ Плюс, либо для Триколор. Разные производители, довольно большая разница в цене. Для того, чтобы легче было определиться с выбором конвертора, мы провели небольшое, сравнительное тестирование, имеющихся у нас в данный момент конверторов.

 

Купить недорого конверторы круговой поляризации для НТВ+ и Триколор можно здесь

 

Тестирование производилось на антенне Супрал 0,55м, спутник Экспресс АТ1 в позиции 56 гр.в.д., ресивер GM Wisard HD.

Показания уровня и качества нельзя считать эталонными и сравнивать с показаниями уровня и качества на ресиверах других моделей, и с применением антенн другого диаметра. Цель теста сравнение усиления конверторов. Эти показания используются как сравнительные, для сравнения параметров конверторов разных моделей в конкретный момент времени, на конкретной модели ресивера.

 

Частота-12226, поляризация-H

 

Частота-12245, поляризация-V

 

На основании этого небольшого сравнительно теста можно сделать вывод о целесообразности применения того или иного конвертора, в зависимости от его стоимости, усиления и диаметра антенны в каждом конкретном случае.

Как видно, особой разницы между конверторами в качестве приема нет, и на первый взгляд, лучше взять более дешевый конвертор, например Selenga или DVS. Но следует учесть, что если вы находитесь на границе зоны покрытия, то лучше брать конвертор с наилучшими характеристиками, хоть он и более дорогой. При более слабом сигнале, разница в усилении будет ощутимее, и есть риск, при использовании более дешевого конвертора не добиться приемлемого уровня сигнала. Так же более дорогие конверторы, как правило имеют более качественное исполнение, лучшую элементную базу, что продлевает его срок службы, особенно в неблагоприятных условиях.

Исходя из практики, я бы посоветовал в таких случаях применять круговые конверторы производителя Galaxy Innovations – GI-121 (конвертор на 1 выход), GI-124 (конвертор на 2 выхода), и конвертор на 2 выхода SLWI-52E.

Конверторы DVS-C101, DVS-102, DVS-104 крепкие середнячки, имеющие вполне приемлемые характеристики и неплохую эксплутационную надежность. Но они все же менее надежны, чем конверторы GI. Применение этих конверторов вполне оправдано в зоне хорошего приема.

Если у вас антенна диаметром 0,8 м. а в вашем регионе, судя по зоне покрытия, прием сигнала возможен на антенну диаметром 0,6 м., то можно, в целях экономии средств, применить более дешевый конвертор, пусть и с несколько худшими характеристиками.

Что касается надежности менее именитых конверторов, то перед отправкой они все проверяются, так же, при возникновении несиправности, конвертор сразу меняем.

Если же антенна небольшого диаметра, то лучше взять более дорогой конвертор, но с наибольшим коэффицеентом усиления.

 

Конвертор для НТВ+, Триколор на 1 выход DVS-C101

Конвертор для НТВ+, Триколор на 1 выход GI-121

Конвертор для НТВ+, Триколор на 2 выхода DVS-C102

Конвертор для НТВ+, Триколор на 2 выхода SLWI-52E

 

Конвертор для НТВ+, Триколор на 2 выхода SELENGA GK-126

 

Конвертор для НТВ+, Триколор на 2 выхода DVS-104

Конвертор для НТВ+, Триколор на 2 выхода GI-124

Конвертеры Триколор

Конвертеры Триколор

Конвертер — это часть комплекта оборудования для просмотра спутникового телевидения, в т. ч. и Триколор. Конвертер устанавливается на штангу (выносной кронштейн) совместно со спутниковой тарелкой вне помещения, и вместе они принимают сигнал со спутника. Точнее, сигнал со спутника отражается от тарелки в конвертер, затем передается по кабелю в ресивер, и вы видите картинку на экране ТВ.

Функциями конвертера являются преобразование сигнала для передачи по кабелю и усиление этого сигнала.

Как выбрать и купить конвертер, подходящий для Триколор

Иногда конвертер нуждается в замене. Приобрести его вы можете у официальных дилеров Триколор, в интернет-магазине оператора или розничных сетей электроники, а также в специализированных магазинах спутникового оборудования.

Покупая в одном из указанных мест и обратившись за помощью к продавцу, вы обезопасите себя и наверняка получите исправный, качественный и подходящий конвертер с гарантией обслуживания. Но при выборе все же не теряйте бдительность — не каждый конвертер подходит для Триколор. Ниже мы описали основные характеристики этих устройств, чтобы помочь вам выбрать конвертер, который сможет принимать сигнал спутникового ТВ Триколор.

Конвертеры имеют несколько технических характеристик. Разным операторам подходят разные конвертеры. Как выбрать подходящий для приема сигнала именно Триколор?

Для начала расскажем об основных характеристиках конвертеров

      1. Диапазон частот
        Бывает оборудование С и Ku-диапазона.
        Конвертеры С-диапазона редко встретишь на российском рынке, но все же появляются. Для приема сигнала от Триколор подходит конвертер именно с Ku-диапазоном.
        Когда приобретаете оборудование, то проверьте рабочий диапазон частот на упаковке.
      2. Поляризация
        А вот тут уже ошибиться легче: в России одинаково распространены конвертеры и круговой, и линейной поляризации. Если вы решили подключиться к Триколор, то проверьте, чтобы кроме Ku-диапазона на конвертере было указано Circle (круговая поляризация).
        Есть еще конвертеры с линейной поляризацией. В этом случае на нем будет указано Universal. Не путайте это с «универсальный»: конвертеров, принимающий сигнала и в линейной, и в круговой поляризации, не существует.
    1. Закрепим: для приема сигнала от Триколор требуется конвертер Ku-диапазона и круговой (circle) поляризации.

      Это основные важные характеристики, без учета которых не получится подключиться к оператору.

      Существует еще пара характеристик, на которые стоит обратить внимание. Они не строгие и выбрать их можно на ваше усмотрение.

          1. Уровень шума.
            Это один из важных параметров, на который стоит обратить внимание при выборе конвертера. Сейчас на рынке представлены модели с уровнем шума от 0,1 до 0,5 Дб. Если этот показатель выше, такое оборудование не рекомендуется к покупке.
          2. Количество входов
            От этой характеристики зависит, сколько телевизоров в помещении можно будет подключить к одной антенне.
            Доступные варианты:
            SINGLE — конвертер с одним выходом
            TWIN — двумя выходами
            QUAD — четырьмя
            OCTO — восемью (редко используется, так как для подключения такого количества телевизоров используется обычно мультисвитч)

      Не только от этого, но в том числе и от количества выходов, зависит стоимость оборудования.
      Чтобы получить хорошее качество картинки, например, на 3 ТВ одновременно, рекомендуется покупать сразу конвертер с 4 мя выходами, а не использовать делитель кабеля.

      Ниже приведен список нескольких рекомендованных моделей для просмотра спутникового тв от Триколор. Список носит рекомендательный характер, вы можете приобрести и другие конвертеры, главное помнить, что поляризация конвертера Триколор — круговая.

      Можно попробовать сэкономить и приобрести дешевый конвертер, но сами понимаете, в этом случае не исключена возможность скорого выхода из строя такого оборудования.

      Конвертер круговой поляризации с 1 выходом, если есть необходимость в подключении ресивера для одного телевизора.
      Коэффициент шума — 0,3 дБ

      Еще одна подходящая модель конвертера с 1 выходом. Устройство качественное, с низким уровнем шума, не смотря на страну производства (Китай).
      Коэффициент шума — 0,2 дБ

      Конвертер для Триколор на 2 выхода, то есть подходит для подключения двух телевизоров.
      Коэффициент шума — 0,3 дБ

      Конвертер круговой поляризации с 4мя выходами. Можно подключить 4 телевизора без использования кабельного делителя.
      Коэффициент шума — 0,2 дБ

      Конвертер с 8-ю выходами для подключения нескольких ресиверов в одном помещении от солидного производителя Galaxy Innovations.
      Коэффициент шума — 0,2 дБ

      Конвертер вышел из строя?

      Сам конвертер, если вы приобретали его в надежном магазине, будет служить вам очень долго и без нареканий. Устройство защищено от попадания влаги и пыли, и при правильной установке вы не должны о нем вспоминать.

      Если картинки на экране ТВ нет, то в самую последнюю очередь стоит думать о сбое работы конвертера (исключение составляют случаи, когда конвертер используется дольше 5 лет).

      Для начала проверьте остальные пункты:

      • За окном хорошая погода. В случае шторма, дождя и другой непогоды, возможны временные перерывы в вещании.
      • Кабель от антенны к ресиверу не поврежден.
      • Места соединения кабеля надежно закреплены.
      • Смарт-карта правильно установлена.
      • Подписка на основную услугу активна (нет задолженности).

      Только после того как удостоверитесь, что все вышеперечисленные пункты у вас соблюдены, можно проверить конвертер.

      Устройство LNB. Как работает конвертер?

      Конвертер (головка) на спутниковой антенне выполняет очень важную функцию, а именно собирает отраженные рефлектором антенны электромагнитные волны, преобразовывает их в электрические сигналы, чтобы передать сигнал по кабелю к приёмнику. Конвертер, или как его ещё называют LNB (Low Noise Block – малошумящий блок), устанавливается в фокусе антенны, т. е. в том месте, где отраженные волны собираются (фокусируются) в точку. Сигнал, поступающий со спутника, имеет очень высокую частоту, в обычном кабеле такой сигнал быстро затухнет. LNB принимает сигнал, усиливает его, и преобразовывает в более низкую частоту, для передачи по коаксиальному кабелю волновым сопротивлением 75 Ом. В коаксиальном кабеле сигнал можно передать без особых потерь на расстояние до ста метров.

      Конвертеры бывают «Ku» и «C» диапазонов. «C» диапазон – это диапазон частот 3,5-4,5 Ггц, «Ku» диапазон, более распространённый диапазон частот, в котором происходит спутниковое вещание, находится в пределах 10-13 ГГц. Конвертор преобразовывает эти высокие частоты в низкие (0,95-2,5 ГГц), для передачи сигнала по кабелю ресиверу с наименьшими потерями.

      Конвертер “Ku” диапазона:

      Конвертер “C” диапазона:

      Если разобрать конвертер, и вскрыть его пластиковый кожух, то мы увидим металлическую конструкцию. Электронная начинка устройства, спрятана в металлическом корпусе, в котором встроен выход под F-разъём для подсоединения кабеля. Конвертер предназначен для работы на улице под воздействием атмосферных осадков, и чувствительная электроника должна быть надёжно защищена. В фокусной части конвертера расположен волновод, внутри которого можно увидеть два перпендикулярных металлических стержня, это антенны для приёма сигналов вертикальной и горизонтальной поляризации. Для приёма сигнала круговой поляризации необходимо использовать соответствующий конвертер «Circular Single LNBF», конвертер для линейной поляризации, не сможет принять сигнал с круговой поляризацией. Для получения максимального сигнала при приёме линейной поляризации, конвертер следует подстроить, поворачивая его вокруг оси.

      Главной характеристикой LNB является коэффициент собственных шумов. Чем ниже значение этого коэффициента, тем качественнее конвертер. Производители конвертеров указывают различные значения шумов, в основном от 0,5 до 0,2 дБ. Но тесты продуктов разных производителей, показывают, что в большинстве случаев эти значения разнятся с реальными. В последнее время в продаже появились конвертеры, на которых коэффициент шума указан 0,1 дБ. Верить таким «надписям» не стоит. Добиться таких параметров технически очень сложно, и цена такого устройства будет значительно выше.

      Преобразование линейной и круговой поляризации в X-диапазоне с использованием анизотропной метаповерхности

      Чтобы понять преобразование кросс-поляризации, нам необходимо найти собственные поляризации и собственные значения для предлагаемой конструкции. Чтобы провести этот анализ, мы пренебрегаем диэлектрическими потерями в последующем обсуждении для простоты. Из результатов, показанных на рис. 3, видно, что на резонансной частоте 8 ГГц \ (| {R} _ {xy} | = | {R} _ {yx} | \ приблизительно 1 \, \) и \ (| {R} _ {xx} | = | {R} _ {yy} | \ приблизительно 0 \) который при подстановке в матрицу коэффициентов отражения дает:

      $$ {\ bf {R}} = (\ begin { массив} {cc} 0 & 1 \\ 1 & 0 \ end {array}) \, $$

      (7)

      Как легко проверить, линейно независимыми собственными векторами для матрицы R являются \ ({\ boldsymbol {u}} = {(\ begin {array} {cc} 1 & 1 \ end {array})} ^ { T} \) и \ ({\ boldsymbol {v}} = {(\ begin {array} {cc} -1 & 1 \ end {array})} ^ {T} \) с собственными значениями \ ({e} ^ {i0} = 1 \, \, \) и \ ({e} ^ {i \ pi} = – \, 1 \) соответственно. {ikz} \) может быть разложенным на две ортогональные компоненты и и v , \ ({{\ boldsymbol {E}}} _ {{\ boldsymbol {i}}} = \ hat {y} {E} _ {i} = \ hat {u} {E} _ {iu} + \ hat {v} {E} _ {iv} \), at \ (z = 0 \), где \ ({E} _ {iu} = {E} _ {iv} = 0.707 {E} _ {i} \). Поскольку u – и v -поляризованные компоненты, \ ({E} _ {iu} \) и \ ({E} _ {iv}, \) отражаются с одинаковой величиной, \ ({E} _ { ru} = {E} _ {rv} = {E} _ {r} \ ,, \) и фаза 0 ° и 180 ° соответственно, поэтому отраженное поле принимает вид:

      $$ \, {{\ boldsymbol { E}}} _ {{\ boldsymbol {r}}} = \ hat {u} {E} _ {r} – \ hat {v} {E} _ {r} = \ hat {x} {E} _ {r} $$

      (8)

      Итак, отраженное поле находится вдоль оси x и, следовательно, происходит преобразование кросс-поляризации.{{\ rm {o}}} \), независимо от абсолютных значений \ ({\ varphi} _ {uu} \) и \ (\, {\ varphi} _ {vv} \). Итак, общие требования к CPC заключаются в том, что ортогональные компоненты падающего поля должны отражаться с единичной величиной и относительной разностью фаз 180 °. {i {\ phi} _ {vu}}) $$

      (9)

      As, \ (| {R} _ {uu} | = | {R} _ {vv} | \ приблизительно 1 \, \, \) и \ (| {R} _ {uv} | = | {R } _ {vu} | \ приблизительно 0 \) и, следовательно, уравнение.{i \ frac {3 \ pi} {4}} \) соответственно. Физически это означает, что если падающее электрическое поле поляризовано вдоль оси u – или v -, то оно отражается с единичной величиной и фазовой задержкой 45 ° и 135 ° соответственно, что приводит к разности фаз 90 °. Поскольку поляризации u и v являются собственными поляризациями, они отражаются от метаповерхности без какого-либо преобразования поляризации.

      Предыдущее обсуждение показывает, что разность фаз ортогональных отраженных компонентов u – и v определяет, достигается ли преобразование CPC или LP в CP.Основная причина разницы фаз по оси u – и v – анизотропия элементарной ячейки. По оси и элементарная ячейка действует как индуктор с индуктивностью L из-за металлической полосы. С другой стороны, есть зазоры между металлическими полосками вдоль оси v , что дает емкостные эффекты, и, следовательно, элементарная ячейка ведет себя как конденсатор с емкостью C. Индуктивные и емкостные эффекты вдоль оси u – и v соответственно вызывают разные фазы для соответствующих поляризаций и, следовательно, приводят к преобразованию поляризации.

      Чтобы проверить приведенный выше теоретический анализ, предлагаемая конструкция моделируется для поляризованных падающих волн u- и v-. Как показано на рис. 6, величина коэффициентов кроссполяризованного отражения \ (| {R} _ {uv} | \, \, \) и \ (\, | {R} _ {vu} | \) , почти равен нулю, тогда как коэффициенты кополяризованного отражения \ (| {R} _ {uu} | \, \, \) и \ (\, | {R} _ {vv} | \) имеют величины больше, чем 0.9 для большинства частот. Точно так же на рис. 6 (b) показано, что разность фаз между поляризованными поляризованными поляризациями u и v составляет 7.5 и 11,5 ГГц составляют 90 °, в то время как в диапазоне частот 8–11 ГГц это почти 180 °. As, поляризованные поля x или y могут быть разложены на компоненты u и v , \ ({E} _ {x} \ hat {x} = 0.707 ({E} _ { x} \ hat {u} – {E} _ {x} \ hat {v}) \) и \ (\, {E} _ {y} \ hat {y} = 0,707 ({E} _ {y} \ hat {u} + {E} _ {y} \ hat {v}) \), поэтому после отражения от метаповерхности компоненты u – и v имеют одинаковую величину и фазу 180 ° или 90 °. разница, приводящая к преобразованию CPC или LP в CP соответственно.

      Рисунок 6

      ( a ) Величина коэффициентов отражения и ( b ) фазы для u – и v -поляризации.

      Возможность перестройки частоты

      Чтобы найти приложения в других полосах частот, нужно показать, как сместить рабочую полосу предлагаемой конструкции на более низкие или более высокие частоты, регулируя физические размеры элементарной ячейки. Чтобы проверить это, предлагаемый дизайн моделируется с различными физическими параметрами, и результаты показаны на рис. 7. Из рис. 7 (a) видно, что рабочая частота метаповерхности для преобразования LP в CP увеличивается с 7,5 и 11,5 ГГц до 11 и 16 ГГц соответственно, когда физические параметры элементарной ячейки в xy уменьшены путем масштабирования на 0,5. Кроме того, рабочая полоса частот для CPC также смещается с 8–11 ГГц на 11,5–15,5 ГГц. Точно так же на рис. 7 (b) показано, что когда размеры элементарной ячейки в плоскости xy масштабируются на 1,5, рабочие частоты для преобразования LP в CP уменьшаются до 5.5 и 8,5 ГГц, а диапазон CPC сдвигается до 6–8 ГГц. Таким же образом на рис. 7 (c) показано, что рабочие частоты 7,5 и 11,5 ГГц для преобразования LP в CP дополнительно уменьшаются до 4,5 и 6,5 ГГц соответственно, когда размеры элементарной ячейки увеличиваются путем масштабирования на 2. Из приведенного выше параметрического анализа можно сделать вывод, что рабочие диапазоны могут быть сдвинуты на более высокие или более низкие частоты путем масштабирования элементарной ячейки на число меньше или больше 1 соответственно в плоскости xy . Таким образом, та же предложенная конструкция может быть дополнительно оптимизирована для достижения преобразований CPC и LP в CP в терагерцовом, инфракрасном и видимом частотном режимах.

      Рисунок 7

      ( a c ) Величина и разность фаз коэффициентов отражения при масштабировании физических размеров в плоскости xy на ( a ) 0,5 ( b ) 1,5 и ( c ) 2.

      Чтобы увидеть влияние толщины подложки на отклик метаповерхности, было проведено моделирование для предложенной конструкции при различных значениях толщины подложки от 0.От 8 мм до 2,4 мм. Как видно из рис. 8, оптимальный отклик получается для толщины 1,6 мм. Более того, реакция метаповерхности смещается в сторону более низких частот по мере увеличения толщины подложки. Это происходит из-за масштабной инвариантности уравнений Максвелла, в которых отношение длины волны к толщине ( λ / t ) поддерживается за счет смещения отклика на более длинные волны (меньшие частоты) для больших толщин подложки.

      Рисунок 8

      Изменение коэффициента кросс-поляризованного отражения в зависимости от толщины подложки.

      Высокоэффективный ультратонкий преобразователь круговой поляризации пропускающего типа на основе структуры поверхности

      EPJ Appl. Метамат. 8 , 4 (2021)
      https://doi.org/10.1051/epjam/2021002

      Исследовательская статья

      Высокоэффективный ультратонкий преобразователь круговой поляризации пропускающего типа на основе структуры поверхности

      Пэн Сю 1 , Вэй Сян Цзян 1 * , Сяо Цай 2 , Юэ Гоу 1 и Ти Цзюнь Цуй 1

      1 Государственная ключевая лаборатория миллиметровых волн, Школа информатики и инженерии, Юго-Восточный университет, Нанкин 210096, КНР
      2 Исследовательский центр прикладной электромагнетики, Нанкинский университет информационных наук и технологий, Нанкин 210044, PR Китай

      * электронная почта: wxjiang81 @ seu. edu.cn

      Поступило: 9 Ноябрь 2020 г.
      Принято: 2 Январь 2021 г.
      Опубликовано онлайн: 8 февраля 2021 г.

      Аннотация

      В этой статье мы предлагаем, проектируем и производим своего рода ультратонкий и высокоэффективный преобразователь круговой поляризации на основе искусственно созданных поверхностей в режиме передачи. Конвертер состоит из двухслойных периодических поверхностных структур с поперечными пазами. Верхний и нижний слои напечатаны на обеих сторонах подложки F4B и соединены металлическими сквозными отверстиями.Предлагаемый преобразователь может преобразовывать падающую электромагнитную (ЭМ) волну с правой круговой поляризацией в волну с левой круговой поляризацией с эффективностью, близкой к единице, в режиме передачи или наоборот. Мы объясняем механизм преобразования на основе численного моделирования и теории эквивалентных схем. Результат измерения хорошо согласуется с модельным в рабочей полосе частот. Такие ультратонкие преобразователи поляризации могут использоваться в беспроводной микроволновой связи, дистанционном зондировании и формировании электромагнитных изображений, где требуется разнесение по круговой поляризации.

      Ключевые слова: Преобразователь круговой поляризации / высокоэффективный и ультратонкий / тип передачи / схема замещения

      © P. Xu et al., Опубликовано EDP Sciences, 2021 г.

      Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинальная работа правильно процитировано.

      1 Введение

      Круговая поляризация (ЦП) – одна из важнейших характеристик электромагнитных волн, и ЦП всегда привлекала внимание исследователей в области беспроводной и спутниковой связи [1].Манипуляции с преобразователем CP – это способность преобразовывать состояние поляризации падающих волн, когда они отражаются или передаются через преобразователи поляризации, включая преобразователь поляризации линейно-круговой (LTC), который требует генерации двух ортогональных компонентов поля с углом 90 °. фазовый сдвиг между ними и преобразователь круговой поляризации в круговую (CTC) [2,3]. Реализация CP-волн была сложной и сложной задачей. Традиционные способы достижения CP волн могут быть созданы непосредственно с помощью антенны [4].Другой альтернативный подход, принятый в последние годы, заключается в использовании преобразователя поляризации LTC, расположенного перед антенной, который излучает электромагнитные волны с линейной поляризацией [5,6]. Конвертер CP может преобразовывать падающие волны с заданным состоянием с правой или левой круговой поляризацией (RHCP или LHCP) в противоположное состояние в отраженном или проходящем режиме. Как правило, обычные поляризационные устройства обычно применяются для создания желаемого поляризованного состояния, а также могут использоваться для минимизации эффектов Фарадея [7].Было популярно управлять поляризацией электромагнитной волны с помощью громоздких волновых пластин или анизотропных материалов [8].

      Недавно были представлены искусственно созданные поверхности для создания преобразователя поляризации, способного преобразовывать поляризацию падающей волны в другие состояния поляризации [9,10]. Благодаря экзотическим электромагнитным свойствам искусственная метаповерхность обладает такими преимуществами, как низкий профиль и простота изготовления, что позволяет находить широкое применение во многих областях науки и техники.Структуры, вдохновленные метаповерхностями, были использованы для разработки преобразователя линейной поляризации [11], преобразователя круговой поляризации [12], преобразователя линейной и круговой поляризации [13], а также преобразователя линейных и вихревых волн [14]. Большинство конструкций преобразователей поляризации представляют собой многослойные планарные структуры или трехмерные структуры, которые основаны на щелевых резонаторах [15], меандровых линиях [16,17] и конфигурациях патч или проволочных поясов [18–20]. Преобразователи линейной поляризации в эллиптическую также были представлены и проверены в микроволновом и среднем инфракрасном диапазонах [21].Однако громоздкие и сложные дороги и неудобны. Следовательно, все еще остается проблемой разработка устройств преобразования поляризации с небольшой толщиной и легким весом.

      В этой статье предлагается и демонстрируется новый сверхтонкий и высокоэффективный преобразователь с круговой поляризацией в режиме передачи. Конвертер может осуществлять преобразование поляризации передачи из падающей электромагнитной волны с правой круговой поляризацией в левую с круговой поляризацией. Поляризатор состоит из периодической матрицы диэлектрической подложки, зажатой между искусственными поверхностными структурами.Верхний и нижний слои состоят из структур с поперечными пазами, напечатанных на обеих сторонах ультратонкой подложки F4B и соединенных металлическими переходными отверстиями. Механизм преобразования объясняется двухполупериодным численным моделированием и теорией эквивалентных схем. Результаты измерений и моделирования хорошо согласуются во всем диапазоне частот.

      2 Типовой проект

      На рис. 1 показан эскиз предлагаемого преобразователя прошедшей поляризации, который может реализовать преобразование поляризации пропускания из падающей электромагнитной волны с правой или левой круговой поляризацией в волну с левой или правой круговой поляризацией.Отметим, что мы рассматриваем и обсуждаем случай, когда падающая волна правой круговой поляризации является частным примером здесь и далее. Поляризатор – это совокупность искусственных структур. Построенная элементарная ячейка состоит из диэлектрической подложки F4B, приемной поверхности и поверхности излучения, как показано на рисунке 1b.

      Здесь принимающая поверхность и поверхность излучения напечатаны на обеих сторонах всей подложки F4B и соединены одним металлическим переходным отверстием. Когда падает волна с круговой поляризацией, принимающая поверхность может эффективно улавливать падающую волну.Кроме того, захваченная энергия может передаваться на поверхность излучения через металлический переходник. Кроме того, как принимающая поверхность, так и поверхность излучения состоят из металлических пятен и поперечной щели на поверхности, как показано на рисунке 1c. Подложка F4B с диэлектрической проницаемостью ɛ r = 2,65, тангенс угла потерь tan δ = 0,001, а толщина h = 2 мм зажата между искусственными конструкциями. Моделирование и оптимизационные расчеты выполняются с использованием коммерческого программного обеспечения, технологии компьютерного моделирования (CST), и решатель частотной области был выбран с периодическими граничными условиями в направлении x и y и портом Флоке в направлении z для извлечения рассеяния. параметры.Размеры элементарной ячейки на рисунке 1c: P x = 22 мм, Py = 22 мм, L = 20,5 мм, г, = 1 мм, d = 5,94 мм, диаметр сквозного отверстия 0,4 мм. Предлагаемый преобразователь поляризации рассчитан на работу на частоте 5,8 ГГц в режиме передачи. Искусственные конструкции изготовлены из медной пленки толщиной t = 0,035 мм, следовательно, общая толщина поляризатора составляет 2,07 мм, что составляет примерно 1/25 длины волны.

      Каждый элемент, основанный на режимах падающей и проходящей волны, может быть эквивалентен EC, как показано на рисунке 2a. По сути, падающая волна и излучаемая волна могут рассматриваться как модель линии передачи (ЛП) в направлении распространения, а модель ЕС представляет собой параллельный LC-контур. Здесь индуктивность связана с электрическим током, протекающим в поверхностной структуре, а емкость создается перекрестным пазом. Падающая волна RHCP может быть хорошо преобразована в волну LHCP в режиме прохождения на резонансной частоте 5.8 ГГц, металлическими переходными отверстиями из-за симметрии между приемной и передающей линиями передачи. Значения емкости и индуктивности могут быть рассчитаны по накопленной электромагнитной энергии в структуре преобразования [22].

      Согласно теории TL, когда входной импеданс ( Z в ) совпадает с выходным импедансом ( Z 0 = 377 Ом) [23], мы имеем (1), в котором,

      В таком случае резонансная частота равна (2)

      Значения индуктивности и емкости поляризатора в форме бесконечной матрицы могут быть выражены как [24] (3) где I L и I C обозначают токи индуктивности и емкости, соответственно.В частности, следует отметить, что мы игнорируем потери в подложке F4B и рассматриваем металлическую пластину как идеальный электрический проводник в расчетах. Для элементарной ячейки предлагаемого преобразователя CP запасенная электрическая энергия может быть рассчитана с помощью режима Флоке решателя частотной области в CST. Получаем приблизительные значения L eff = 2,464 нГн и C eff = 0,306 пФ. На рисунке 2b показано сравнение коэффициентов отражения и передачи модели схемы в Advanced Design System (ADS) с результатом моделирования в CST.Из результата, показанного на рисунке 2b, видно, что модель EC представленного поляризатора подтверждена, и относительные ошибки приемлемы. В моделировании ADS эквивалентная схема работает без потерь, а кривая S-параметра является гладкой. Однако в полноволновом моделировании модель работает в состоянии с потерями, и существует связь между приемным и радиационным FSS, следовательно, есть некоторые расхождения между результатами моделирования, основанными на модели эквивалентной схемы, и результатами полноволнового моделирования. .

      Чтобы понять механизм работы представленного преобразователя кросс-щелевой поляризации, мы рассчитаем распределения наведенного поверхностного тока, которые показаны на двух типичных частотах, как показано на рисунках 3a и 3b. Реакции передней поперечно-щелевой поверхности на падающую волну круговой поляризации одной рукой и сильную силу тока индуцировались на резонансной частоте 5,8 ГГц, как показано на рисунке 3a. Распространяющийся ток преобразуется в излучаемую волну круговой поляризации с другой направленностью за счет структуры задней поверхности с поперечными пазами.Для ясности, когда волна правой круговой поляризации обычно падает на образец, сильный ток, движущийся по структуре верхнего слоя, будет течь в нижний слой через переходное отверстие, а нижний слой будет излучать левую. волна круговой поляризации из-за разрыва тока. Отметим, что распределение тока на нижнем слое согласуется с распределением тока на верхнем слое из-за симметрии структуры. Наблюдается резкое ослабление силы тока при небольшом сдвиге частоты, как показано на рисунке 3b.Чтобы лучше показать, как падающая волна правой круговой поляризации на поверхности входного порта полностью преобразуется в передаваемую левую волну круговой поляризации на выходном порте, изменение электрического вектора показано на рисунке 3c. Наблюдается, что волна прохождения имеет почти такую ​​же величину, что и падающие волны, поэтому представленный преобразователь может обеспечить почти идеальное преобразование поляризации.

      рисунок 1

      Иллюстрация преобразователей поляризации.(а) Интуитивно понятная схема решетки преобразователя поляризации; б) элемент поляризатора; (c) Вид сверху на элементарную ячейку.

      Рис. 2

      (a) Модель эквивалентной схемы элементарной ячейки; (б) S-параметр элемента, полученный из модели эквивалентной схемы и численного моделирования.

      Рис. 3

      Смоделированные распределения поверхностного тока на частоте (а) 5,8 ГГц; (b) 5 ГГц; (c) Изменение электрического вектора.

      3 Результат и обсуждения

      Здесь мы определяем коэффициенты отражения и передачи как R mn и T mn , соответственно, где m и n соответствуют состояниям поляризации прошедшей и падающей электромагнитных волн. Для волны круговой поляризации мы предполагаем, что направленность волны правой поляризации равна + (представлена ​​как m или n ), а направленность волны левой поляризации равна – (представлена ​​как m ). или n ) соответственно.Для проверки работоспособности предложенной конструкции рассчитываем коэффициенты рассеяния численно. Характеристики элементарной ячейки ультратонкого поляризатора с переходным отверстием и без него были продемонстрированы результатами моделирования коэффициента отражения при совместной поляризации R ++ и коэффициент передачи кросс-поляризации T – + , как показано на рисунке 4a. Замечено, что эффективность преобразования T – + с переходным отверстием 0.965 (почти равно 1) и R ++ с переходным отверстием близка к 0 для разработанного поляризатора на резонансной частоте 5,8 ГГц. Особо игнорировали R . −− и T + – из-за симметрии ультратонкой структуры для нормального падения. Результаты моделирования той же конфигурации элемента без переходных отверстий также показаны на рисунке 4a, который отражает падающие волны. В нашей конструкции ультратонкая толщина F4B составляет 2 мм.Кроме того, мы анализируем влияние положения переходного отверстия (расстояние от центра конструкции по диагонали, d ) на производительность преобразователя поляризации. Коэффициенты передачи были рассчитаны с различными значениями d , как показано на рисунке 4b. Наблюдается, что, когда d меньше 5,94 мм, коэффициент передачи резко, а когда d = 5,94 мм, коэффициент передачи достигает пика, а когда d больше 5.94 коэффициент передачи постепенно уменьшается. Обратите внимание, что при изменении радиуса сквозного отверстия характеристический импеданс конструкции изменится, что приведет к флуктуации S-параметра. При изменении длины поперечного паза рабочая частота изменится. Однако небольшое изменение ширины прорезей мало влияет на S-параметр.

      Для экспериментальной проверки разработанного поляризатора мы изготовили образец преобразователя, используя обычную печатную плату (PCB) с теми же структурными параметрами, что и имитационная модель, как показано на рисунках 5a и 5b.Как уже упоминалось ранее, рабочая частота рассчитана на 5,8 ГГц. Образец имеет размеры 440 мм × 440 мм, содержащий 20 × 20 элементарных ячеек, и подтверждается как измеренными комплексными S-параметрами в микроволновой безэховой камере, так и двухполупериодным моделированием, как показано. Кроме того, на рисунке 5c показана измерительная установка, в которой две спиральные CP-рупорные антенны со стандартным усилением подключены к векторному анализатору цепей. Здесь передающий рупор используется для генерации волны RHCP при нормальном падении, а приемный рупор служит приемником для волны отражения с совместной поляризацией и волны передачи с кросс-поляризацией, соответственно.Следует отметить, что изготовленный образец окружен поглощающими материалами, чтобы избежать дифрагированной волны. Высота центра поляризатора должна быть такой же, как и высота центра передающей и приемной антенн, чтобы обеспечить высокую эффективность приема и передачи электромагнитных волн. Для генерации квазиплоского возбуждения CP-волны CP-преобразователя передающий и приемный рупоры были расположены на расстоянии d c = 100 см от образца.

      Величины коэффициентов сополяризации отражения и коэффициентов кросс-поляризации передачи, соответственно, были измерены при нормальных происшествиях, которые сравнивались с смоделированными, как показано на рисунках 6a и 6b.Здесь измеренные коэффициенты нормированы на площадь воздуха и PEC с теми же размерами, что и образец. Замечено, что результаты измерений очень хорошо согласуются с результатами моделирования, а небольшие отклонения, вероятно, вызваны допусками при изготовлении и измерениях. Из рисунка 6a видно, что коэффициент отражения RHCP достигает -31,7 дБ для измерения на частоте 5,79 ГГц и -34,6 дБ для моделирования на частоте 5,8 ГГц, соответственно. Кроме того, кривая коэффициентов передачи LHCP достигает пика, -0.3 дБ для моделирования на частоте 5,8 ГГц и –0,41 дБ для измерения на частоте 5,79 ГГц соответственно, как показано на рисунке 6b. Из-за периферийной элементарной ячейки нельзя избежать маргинального эффекта конечной решетки в процессе измерения. Диапазон частот наблюдения составляет от 5 до 7 ГГц, а результаты моделирования и измерений хорошо согласуются во всем диапазоне частот.

      Чтобы показать надежность предлагаемого преобразователя, мы изменили угол падения ( θ ) возбуждающей плоской волны, как показано на рисунке 7.Замечено, что эффективность преобразования начинает снижаться, а сдвиг резонансной частоты в сторону высокой частоты с увеличением угла падения увеличивается. На рисунке 7 мы видим, что при нормальном угле падения (0 °) резонансная частота составляет 5,8 ГГц, а эффективность преобразования составляет 96,5%; при угле падения 15 ° резонансная частота смещается до 5,91 ГГц, а эффективность преобразования составляет 82,3%, а при угле падения 30 ° резонансная частота смещается до 6,06 ГГц, а эффективность преобразования составляет 71.2%.

      Рис. 4

      Результаты моделирования. а) характеристики передачи однослойного поляризатора с переходным отверстием и без него; (b) Характеристики передачи однослойного поляризатора при изменении толщины подложки.

      Рис. 5

      Фотография изготовленного образца (а) вид сверху; (б) вид снизу; (c) Экспериментальная установка. Передающие и приемные рупоры используются для излучения падающих волн и приема волн передачи.

      Рис. 6

      (a) Отражение при совместной поляризации и (b) пропускание при кросс-поляризации, полученные с помощью полноволнового моделирования и экспериментальных измерений.

      Рис. 7

      Коэффициенты передачи для смоделированных под разными углами. При нормальном угле падения (0 °) резонансная частота составляет 5,8 ГГц, а эффективность преобразования составляет 96,5%; при угле падения 15 ° резонансная частота смещается до 5.91 ГГц, а эффективность преобразования составляет 82,3%, а при угле падения 30 ° резонансная частота смещается до 6,06 ГГц, а эффективность преобразования составляет 71,2%.

      4 Заключение

      Таким образом, мы предложили, изготовили и исследовали своего рода ультратонкий преобразователь круговой поляризации в режиме пропускания. Поляризатор с толщиной 1/25 длины волны на желаемой резонансной частоте может обеспечить чрезвычайно высокую эффективность преобразования падающих CP-волн как с правой, так и с левой стороны.Результаты моделирования и измерений очень хорошо согласуются. В дальнейшем дизайне мы рассмотрим фазовый градиент, который можно использовать для интеграции манипуляции поляризацией и настройки фазового фронта [25–28].

      Благодарности

      Эта работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая в рамках грантов 2017YFA0700201, 2017YFA0700202, 2017YFA0700203, Национальным научным фондом Китая в рамках грантов №№ 61522106, 61631007, 61571117, 61501112, 61501117, 6701107, 61 61701108 и 111 проект в рамках гранта №111-2-05, Фонд научных исследований аспирантуры Юго-Восточного университета в рамках гранта №YBPY1956.

      Список литературы

      1. А. Кадзивара, IEEE Trans. Veh. Technol. 44, 487 (1995) [Google ученый]
      2. С.Y. Wang, W. Liu, W. Geyi, Appl. Phys. В 124, 126 (2018) [Google ученый]
      3. Н. Шао, С.Ю. Wang, W. Geyi, Appl. Phys. А 124, 525 (2018) [Google ученый]
      4. ИКС.Чжан, Л. Чжу, IEEE Trans. Антенны Propag. 64, 2172 (2016) [Google ученый]
      5. Э. Арно, Р. Шанталат, М. Кубейси, Т. Монедьер, Э. Родес, М. Тевено, Беспроводные антенны IEEE. Распространение. Lett. 9, 215 (2010) [Google ученый]
      6. ИКС.Л. Ма, В. Б. Пан, Ч. Хуанг, М. Pu, Y.Q. Ван, Б. Чжао, Дж. Х. Цуй, К. Ван, X.G. Луо, Adv. Опт. Матер. 2, 945 (2015) [Google ученый]
      7. Т. Мейснер, Ф.Дж. Венц, IEEE Trans. Geosci. Удаленный сенсор 44, 506 (2006) [Google ученый]
      8. Дж.Б. Массон, Г. Галло, Опт. Lett. 31, 265 (2006) [Google ученый]
      9. П. Фэй, З.Х. Шен, X. Вэнь, Н. Фэн, IEEE Trans. Антенны Propag. 63, 4609 (2015) [Google ученый]
      10. Б.Линь, J.L. Wu, X.Y. Да, В. Ли, Дж. Дж. Ma, Appl. Phys. А 123, 43 (2017) [Google ученый]
      11. Д.Дж. Лю, З.Я. Сяо, X.L. Ма, З.Х. Ван, Опт. Commun. 354, 272 (2015) [Google ученый]
      12. М.Залковский, Р. Малуряну, К. Кремерс, Д. Н. Чигрин, А. Новицкий, С. Жуковский, Laser Photonics Rev.7, 810 (2013) [Google ученый]
      13. М. Эйлер, В. Фуско, Р. Кэхилл, Р. Дики, IEEE Trans. Антенны Propag. 58, 2457 (2010) [Google ученый]
      14. Ю.Ян, В. Ван, П. Мойтра, И.И. Кравченко, Д. Бриггс, Дж. Валентайн, Nano Lett. 14, 1394 (2014) [Google ученый]
      15. L. Wu, Z. Yang, Y. Cheng, R. Gong, M. Zhao, Y. Zheng, Appl. Phys. А 116, 643 (2014) [Google ученый]
      16. М.А. Джойал, Дж. Дж. Лаурин, IEEE Trans. Антенны Propag. 62, 3043 (2014) [Google ученый]
      17. I.L. Морроу, П. Томас, Электрон. Lett. 50, 64 (2014) [Google ученый]
      18. Л.Li, Y. Li, Z. Wu, F. Huo, Y. Zhang, C. Zhao, Proc. IEEE 103, 1057 (2015) [Google ученый]
      19. ФУНТ. Чжан, П. Чжоу, Х.Ю. Чен, Х. Лу, Х. Xie, L. Zhang, E. Li, J.L. Xie, L.J. Deng, Sci. Отчет 6, 33826 (2016) [Google ученый]
      20. С.M.A.M.H. Абади, Н. Бехдад, IEEE Trans. Антенны Propag. 64, 525 (2016) [Google ученый]
      21. H. Cheng, S. Chen, P. Yu, J. Li, L. Deng, J. Tian, ​​Opt. Lett. 38, 1567 (2013) [Google ученый]
      22. W.Гейи, IEEE Trans. Антенны Propag. 51, 2124 (2003) [Google ученый]
      23. П. Сюй, W.X. Цзян, С.Ю. Ван, Т.Дж. Цуй, IEEE Trans. Антенны Propag. 66, 4370 (2018) [Google ученый]
      24. Р.Э. Коллин, С. Ротшильд, IEEE Trans. Антенны Propag. 12, 23 (1964) [Google ученый]
      25. G.W. Дин, К. Чен, X.Y. Ло, Дж. М. Чжао, Т. Цзян, Ю. Дж. Фэн, Phys. Rev. Appl. 11, 044043 (2019) [Google ученый]
      26. К.Чжан, Ю.Ю. Юань, X.M. Дин, Х. Ли, Б. Ратни, К. Ву, Дж., Лю, С.Н. Бурокур, Дж.Б. Тан, Laser Photonics Rev.10, 2000351 (2020) [Google ученый]
      27. Ю.Ю. Юань, К. Чжан, Б. Ратни, Q.H. Песня, X.M. Дин, К. Ву, С. Бурокур, П. Женевет, Нац.Commun. 11, 4186 (2020) [Google ученый]
      28. Ю.Ю. Юань, С. Сунь, Ю. Чен, К. Чжан, X.M. Дин, Б. Ратни, К. Ву, С. Бурокур, C.W. Qiu, Adv. Sci. 7, 2001437 (2020) [Google ученый]

      Цитируйте эту статью как : Пэн Сю, Вэй Сян Цзян, Сяо Цай, Юэ Гоу, Тие Цзюй, высокоэффективный и ультратонкий преобразователь круговой поляризации пропускающего типа на основе структуры поверхности, EPJ Appl.Метамат. 8 , 4 (2021)

      Все рисунки

      рисунок 1

      Иллюстрация преобразователей поляризации. (а) Интуитивно понятная схема решетки преобразователя поляризации; б) элемент поляризатора; (c) Вид сверху на элементарную ячейку.

      В тексте
      Рис. 2

      (a) Модель эквивалентной схемы элементарной ячейки; (б) S-параметр элемента, полученный из модели эквивалентной схемы и численного моделирования.

      В тексте
      Рис. 3

      Смоделированные распределения поверхностного тока на частоте (а) 5,8 ГГц; (b) 5 ГГц; (c) Изменение электрического вектора.

      В тексте
      Рис. 4

      Результаты моделирования. а) характеристики передачи однослойного поляризатора с переходным отверстием и без него; (b) Характеристики передачи однослойного поляризатора при изменении толщины подложки.

      В тексте
      Рис. 5

      Фотография изготовленного образца (а) вид сверху; (б) вид снизу; (c) Экспериментальная установка. Передающие и приемные рупоры используются для излучения падающих волн и приема волн передачи.

      В тексте
      Рис. 6

      (a) Отражение при совместной поляризации и (b) пропускание при кросс-поляризации, полученные с помощью полноволнового моделирования и экспериментальных измерений.

      В тексте
      Рис. 7

      Коэффициенты передачи для смоделированных под разными углами. При нормальном угле падения (0 °) резонансная частота составляет 5,8 ГГц, а эффективность преобразования составляет 96,5%; при угле падения 15 ° резонансная частота смещается до 5,91 ГГц, а эффективность преобразования составляет 82,3%, а при угле падения 30 ° резонансная частота смещается до 6,06 ГГц, а эффективность преобразования составляет 71.2%.

      В тексте

      Сверхширокополосный преобразователь круговой поляризации с микроразрезанными метаповерхностями иерусалимского креста

      Сверхширокополосный преобразователь круговой поляризации с микроразрезанными метаповерхностями Иерусалимского креста

      1 Школа информации и связи, Университет электронных технологий Гуйлиня, Гуйлинь 541004, Китай 2 Ключевая лаборатория беспроводной широкополосной связи и обработки сигналов Гуанси, Гуйлинь 541004, Китай

      † Автор, ответственный за переписку.Эл. Почта: [email protected]

      Проект

      , поддерживаемый Национальным фондом естественных наук Китая (гранты №№ 61461016 и 61661012), Фондом естественных наук Гуанси-Чжуанского автономного района, Китай (гранты №№ 2014GXNSFAA118366, 2014GXNSFAA118283 и 2015jjBB7002), а также Инновационным образовательным проектом для аспирантов. Университета электронных технологий Гуйлиня, Китай (грант № 2016YJCX82).

      1. Введение

      Поляризация – одно из фундаментальных свойств электромагнитных (ЭМ) волн.Многие приложения и оптические устройства, такие как жидкокристаллические дисплеи, микроволновая связь и преобразователи поляризации, по своей природе чувствительны к поляризации, и, следовательно, полный контроль состояний поляризации электромагнитных волн весьма желателен. Обычные устройства манипулирования поляризацией обычно реализуются за счет использования поведения двойного лучепреломления в кристаллах. Таким образом, изменения поляризации достигаются за счет накопления фазы при распространении электромагнитных волн вдоль оптических компонентов, что приводит к образованию толстых и громоздких конфигураций устройств. [1,2] Следовательно, чрезвычайно неудобно интегрировать в сверхтонкие устройства, такие как нанофотонные устройства и современные датчики.

      Метаповерхности – это периодические или квазипериодические плоские массивы субволновых элементов, которые могут быть выполнены на сверхтонкой диэлектрической пластине или тонкой оптической пленке. Они привлекли к себе большое внимание, поскольку они предлагают меньшие потери и более низкий профиль, и, следовательно, их проще изготовить, чем массивные метаматериалы. [3,4] Когда электромагнитные волны излучают метаповерхность, желаемый разрыв фазы может быть достигнут путем проектирования геометрических параметров субволновых элементов, таких как форма, размер и ориентация, что приводит к аномальным отражениям и преломлениям. [5,6] Из-за таких увлекательных явлений метаповерхности нарушают свою зависимость от эффекта распространения, внося резкие изменения оптических свойств. Таким образом, было представлено много новых физических эффектов, таких как фотонный спиновый эффект Холла, [7] фокусировка луча, [8] поверхностных плазмонных элементов связи, [9] трехмерная компьютерная реконструкция голографических изображений и плоские линзы. [10]

      В последнее время метаповерхности стали использоваться для управления состояниями поляризации электромагнитных волн.Благодаря управлению амплитудами и фазами отраженных или прошедших волн многие преобразователи поляризации были успешно исследованы и продемонстрированы. [11–20] В отражательных преобразователях с линейной поляризацией одновременно возникают электрический (симметричный режим) и магнитный (асимметричный режим) плазмонные резонансы. [21] Мультирезонансные функции могут эффективно расширить полосу пропускания. Например, объединив решетку из отрезанных проводов с металлической пластиной заземления, можно получить широкополосный преобразователь линейной поляризации терагерцового диапазона с КПД до 80% в диапазоне частот от 0.8 ТГц и 1,36 ТГц были успешно реализованы. [22] На микроволновых частотах двойная V-образная метаповерхность может вращать линейно поляризованную волну в кроссполяризованную в сверхширокополосной (от 12,4 ГГц до 27,9 ГГц) с эффективностью преобразования поляризации более 90%. [23] Что касается преобразования линейной поляризации в круговую, широко были продемонстрированы ультратонкие четвертьволновые пластины на основе метаповерхностей. [24–28] Однако эти поляризационные устройства имеют очевидный недостаток – узкую полосу пропускания, которая ограничивает практическое применение.

      Здесь мы предлагаем сверхширокополосный преобразователь линейной поляризации в круговую, основанный на ультратонкой метаповерхности, состоящей из микроразрезанных структур иерусалимского креста. Мы показываем, что, используя две узкие щели на горизонтальных плечах, мы можем значительно расширить полосу пропускания преобразователя линейной поляризации в круговую. Как численное моделирование, так и результаты экспериментов показывают, что преобразователь поляризации может преобразовывать линейно поляризованную волну в волну с круговой поляризацией в сверхширокополосном диапазоне от 12.От 4 ГГц до 21 ГГц, а относительная полоса пропускания с осевым отношением лучше 1 дБ достигает 50%. Более того, его характеристики преобразования широкополосной поляризации поддерживаются в широком диапазоне углов падения, обеспечивая удобство в практических применениях.

      2. Конструкция и результаты

      Преобразователь поляризации отражения обычно состоит из метаповерхности и непрерывного металлического заземления, разделенного диэлектрической пластиной, в которой метаповерхность, образованная периодическим массивом элементарных ячеек с асимметричной структурой, считается анизотропной. однородный материал с дисперсионной относительной диэлектрической проницаемостью и магнитной проницаемостью.Когда плоская волна с заданной поляризацией излучает поляризатор, отраженная электромагнитная волна может быть разложена на две перпендикулярные составляющие, которые обозначены как E r = E rx + E ry = E x e j φ x x + E y e j φ y y . Из-за анизотропных характеристик метаповерхности два компонента E rx и E ry имеют разные амплитуды и фазы, которые определяют поляризационные характеристики отраженной электромагнитной волны.Выбрав адаптивную элементарную ячейку метаповерхности и соответствующую толщину диэлектрической пластины, чтобы E rx и E ry имели одинаковую амплитуду и разность фаз 2 ± π /2 ( n – целое число), таким образом реализуется волна, отраженная круговой поляризацией.

      В соответствии с принципами, описанными выше, мы проектируем метаповерхность с микроразрывом иерусалимского креста, которая может преобразовывать линейную поляризацию электромагнитной волны в круговую поляризацию в сверхшироком диапазоне.Предлагаемый преобразователь поляризации образован метаповерхностью с микроповерхностью иерусалимского креста и металлической землей, разделенной ультратонкой диэлектрической пластиной, как показано на рис. 1. Проводимость метаповерхности равна проводимости листа, которая является емкостной в направлении x . и индуктивный в направлении y . Значения проводимости обеспечивают разность фаз 90 ° между поляризованными отражающими волнами x и y . Кроме того, микротрещины, вытравленные в I-образном плече в направлении x , могут поддерживать разность фаз 90 ° в сверхширокой полосе, что значительно увеличивает ширину полосы предлагаемого поляризатора.Элементарная ячейка и ее геометрические размеры показаны на рис. 1 (b), на котором L 1 = 4,1 мм, L 2 = 2,9 мм, L 3 = 2,4 мм, w 1 = 0,3 мм, w 2 = 0,5 мм и r = 0,75 мм. Ширина микротрещины и периодичность структуры метаповерхности установлены равными g = 0,15 мм и p = 5 мм соответственно. Металлический слой моделируется как медная пленка толщиной 0.035 мм и электропроводность σ = 5,8 × 10 7 См / м. Диэлектрический слой выбран как F4B с относительной диэлектрической проницаемостью 2,65, тангенс угла потерь 0,001 и толщиной d = 2,5 мм.

      Мы реализуем трехмерное (3D) полноволновое моделирование с использованием коммерческого программного обеспечения CST Microwave Studio для проверки производительности сверхширокополосного преобразователя линейной поляризации в круговую. При моделировании используется одна элементарная ячейка с периодическим граничным условием вдоль направления x и y , и плоская волна с электрическим полем, поляризованным вдоль направления u (45 ° относительно оси x , см. Инжир.1 (б)) попадание на элементарную ячейку используется в качестве источника возбуждения. Из-за анизотропных характеристик метаповерхности генерируются поляризованные отраженные волны u и v . Мы определяем R uu и R vu для обозначения коэффициентов отражения поляризованных отражающих волн u и v соответственно. Результаты моделирования показаны на рис. 2 (а) и 2 (б), из которых ясно видно, что отражения двух ортогональных отражающих волн почти равны, а их разность фаз Δ φ vu φ vu = arg ( R vu ) – arg ( R uu )) равно −270 ° в диапазоне частот от 12.От 4 ГГц до 21 ГГц. Это означает, что падающая волна с линейной поляризацией преобразуется в волну с круговой поляризацией в этом сверхширокополосном диапазоне частот.

      Рис. 2.

      Рис. 2. Характеристики предлагаемого преобразователя круговой поляризации, в котором пунктирные линии представляют собой экспериментальные результаты, а сплошные линии соответствуют результатам моделирования. (а) Отражения для кополяризованной и кроссполяризованной волны при нормальном падении.(б) Фазы коэффициентов отражения R uu и R vu и их разности фаз. (в) Нормированные эллиптичности отраженных волн. (d) Осевые отношения.

      Чтобы получить более полное представление о характеристиках предлагаемого преобразователя круговой поляризации, мы вводим следующие параметры Стокса: [13]

      Затем мы определяем нормированную эллиптичность как e = S 3 / S 0 для описания способности круговой поляризации.Когда e = 1, отраженная волна является волной с левой круговой поляризацией (LHCP); когда e = -1, отраженная волна является волной с правой круговой поляризацией (RHCP). Согласно формуле. (1), мы можем получить эллиптичность предлагаемого преобразователя круговой поляризации, используя смоделированные и экспериментальные коэффициенты отражения и разность фаз, показанные на рис. 2 (а) и 2 (б), а результаты проиллюстрированы на рис. 2 (с). Хорошо видно, что эллиптичность почти равна 1 в диапазоне частот от 12.От 4 ГГц до 21 ГГц, что подразумевает преобразование LHCP в сверхширокополосный. Электрические поля в различных фазах, распределенных (см. Вставку на рис. 2 (c)) на элементарной ячейке, явно показывают вращение против часовой стрелки, что также демонстрирует характеристику LHCP. На рисунке 2 (d) показаны отношения осей отраженных волн, из которых мы видим, что отношение осей меньше 1 дБ в том же диапазоне частот, что и эллиптичность e = 1. На рисунках 2 (c) и 2 (d) показано отличные характеристики предлагаемого преобразователя круговой поляризации в сверхширокополосном диапазоне.

      Интересной характеристикой предложенного преобразователя круговой поляризации является то, что он может поддерживать отличные характеристики круговой поляризации при большом угле падения. На рис. 3 показаны отношения осей отраженной волны для разных углов падения. Хорошо видно, что отношения осей составляют менее 2 дБ в сверхширокополосной полосе частот от 12,4 ГГц до 21 ГГц, когда угол падения изменяется от 0 ° до 35 °. Однако, когда угол падения больше 35 °, ширина полосы круговой поляризации резко уменьшается с уменьшением угла падения.Характеристика большого угла падения делает преобразователь круговой поляризации очень удобным в практическом применении.

      3. Физический механизм

      Здесь мы исследуем электромагнитный (ЭМ) отклик предложенной метаповерхности на основе теории эквивалентных схем. Предлагаемая метаповерхность может быть смоделирована как последовательная цепь LC , [29] , в которой конденсатор C является результатом распределения электрического поля в зазорах между металлическими проводами, а катушка индуктивности L связана с током распределяется по металлическим проводам и уменьшается с увеличением их длины и ширины. [30] Чтобы продемонстрировать это, мы наблюдаем поверхностные токи и распределения электрического поля на четырех типичных частотах, соответствующих 13, 15, 18 и 21 ГГц, когда поляризованные волны y и x обычно падают на метаповерхность. , соответственно. Наблюдаемые результаты показаны на рис. 4 и 5 соответственно. На рисунке 4 показаны распределения тока, из которых ясно видно, что поверхностные токи распределяются по I-образному плечу в направлении , что указывает на индуктивную характеристику.Между тем на рис. 5 мы обнаруживаем, что электрическое поле концентрируется на микротрещинах и зазорах между I-образными плечами по оси x , демонстрируя емкостные свойства этих I-образных плеч.

      Рис. 4.

      Рис. 4. Моделирование распределения поверхностного тока на ячейке метаповерхности для падающей волны y -поляризованной на частотах 13 ГГц (а) , (б) 15 ГГц, (в) 18 ГГц, (г) 21 ГГц.

      Рис. 5.

      Рис. 5. Моделируемые распределения поверхностного электрического поля на ячейке метаповерхности для x -поляризованной волны. (a) 13 ГГц, (b) 15 ГГц, (c) 18 ГГц и (d) 21 ГГц.

      Для дальнейшего изучения электромагнитного отклика предложенной метаповерхности, мы сначала рассмотрим решетку Иерусалимского креста без заземления и диэлектрической подложки. Тогда ее можно смоделировать как двухпортовую сеть, как показано на рис.6 (а). Воздух вокруг массива Иерусалим-крест рассматривается как эквивалентная линия передачи с характеристическим сопротивлением Z 0 , в то время как массив Иерусалим-крест заменен последовательной цепью LC , которая параллельно соединена с эквивалентной линией передачи. Таким образом получается эквивалентная схема метаповерхности, показанная на рис. 6 (b).

      Характеристики эквивалентной двухпортовой сети можно проанализировать с помощью следующей матрицы передачи:

      где и – передаточные матрицы свободного пространства и решетки Иерусалим-крест, ω – угловая частота, Z 0 – характеристический импеданс эквивалентной линии передачи, а L eff и C eff – эквивалентны по емкости и индуктивности I-образных плеч.

      Рис. 6.

      Рис. 6. (a) Эквивалентная двухпортовая сеть отдельно стоящей решетки Иерусалим-крест. (б) Схема эквивалентной каскадной двухпортовой сети.

      Если преобразовать матрицу ABCD всей сети в матрицу параметров S как

      то фаза прошедшей волны может быть решена как

      куда

      Для падающей волны с поляризацией y прошедшая волна в основном связана с индуктивным эффектом I-образных плеч в направлении y (см.рис.4). Следовательно, фаза передачи ϕ y определяется индуктивностью L eff и обозначается как

      Соответственно, для падающей волны с поляризацией x прошедшая волна в основном связана с емкостным эффектом I-образных плеч в направлении x (см. Рис. 5). Таким образом, фаза передачи ϕ x приблизительно обозначается как

      Когда волна с поляризацией u падает на решетку Иерусалимского креста, ее можно разложить на поляризованные компоненты x и y .Основываясь на вышеупомянутой теории, фаза передаваемых волн в направлении x и y соответственно связана с емкостью ( C eff ) и индуктивностью ( L eff ) эквивалентной серии. LC схема. Кроме того, индуктивный элемент приводит к фазовой задержке x -поляризованного компонента, а емкость приводит к фазовому опережению x -поляризованного компонента. [31] Тогда разность фаз между x и y составляющими электрического поля может быть получена как

      Следует отметить, что на C eff и L eff влияют размерные параметры или конфигурации I-образных рычагов в направлениях x и y .Он предоставляет нам метод получения заданной разности фаз (Δ ϕ ) путем изменения параметров и конфигураций I-образных плеч в направлениях x и y . Здесь мы получаем желаемую фазу, симметрично используя микровыступ в I-образных плечах в направлении x и оптимизируя их параметры.

      С другой стороны, когда металлическая пластина заземления помещается с другой стороны диэлектрической подложки, передаваемые волны полностью отражаются.Следовательно, падающая волна, которая освещает метаповерхность, претерпевает многократные отражения и передачи между метаповерхностью и металлической землей, где они интерферируют с другой, создавая окончательную отраженную волну. [32] Таким образом, толщина диэлектрика является еще одним критическим параметром, влияющим на фазу волны, передаваемой в диэлектрической подложке, подразумевая, что бездисперсионный широкополосный преобразователь поляризации может быть реализован путем тщательного выбора толщины диэлектрической подложки.

      Чтобы изучить физический механизм более подробно, мы изучаем характеристики отражения, используя теорию интерференции многократных отражений, и физическая модель показана на рис. 7 (а). Предполагая, что падающее электрическое поле равно E в , полное отраженное электрическое поле затем вычисляется путем наложения всех множественных отражений следующим образом: [32]

      где r 12 , r 21 , t 12 и t 21 – коэффициенты отражения и пропускания на границе метаструктуры (см.рис.7 (a)), k – постоянная пропускания в диэлектрической подложке, а d – расстояние между метаповерхностью и заземленной поверхностью. CST Microwave Studio может рассчитать значения r 12 , r 21 , t 12 и t 21 .

      Рис. 7.

      Рис. 7. (a) Модель многократных отражений и пропусканий для отражающей метаповерхности, (b) рассчитанные и смоделированные коэффициенты отражения x – и y -поляризованные отраженные волны, и (c) дисперсионные кривые разности фаз между x – и y -поляризованными отраженными волнами для различных значений толщины диэлектрика.

      Согласно формуле. (8), когда поляризованные волны x и y соответственно освещают преобразователь поляризации, рассчитанные коэффициенты отражения R ii ( i = x , y ) равны 7 (b), где R ii обозначает коэффициент отражения i -поляризованной отражающей волны для i -поляризованной падающей волны.Для сравнения мы также приводим результаты моделирования. Из рис. 7 (б) видно, что теоретические результаты хорошо согласуются с смоделированными. Кроме того, мы также находим, что | R xx | равно | R гг | а разность фаз Δ φ yx (arg ( R yy ) −arg ( R xx )) равна −90 ° в диапазоне частот от 12,4 ГГц до 21 ГГц. .Это означает, что когда падает поляризованная волна u ( E iu ), которую можно в равной степени разложить на две составляющие ( E ix и E iy ), на преобразователе поляризации может быть реализовано сверхширокополосное преобразование линейной поляризации в круговую, как показано на рис. 2. Мы также изучаем влияние толщины диэлектрика на Δ φ yx , что показано на рис. .7 (в). Видно, что только когда d = 2,5 мм, Δ φ yx приблизительно равно 90 °, что подразумевает возможность реализации преобразования круговой поляризации.

      Мы также сравниваем характеристики предлагаемого преобразователя поляризации с преобразователем, состоящим из Иерусалимского креста без микроразрыва (обычный Иерусалимский крест), как показано на рис. 8. Для получения линейно-круговой поляризации параметры Иерусалимского креста следует немного видоизменить при удалении микротрещин.Оптимизированные параметры: L 1 = 3,6 мм, L 2 = 2,9 мм, L 3 = 1,6 мм, w 1 = 0,35 мм, w 2 = 0,5 мм, p = 5 мм и d = 2,5 мм (см. Рис. 1 (b)). Как видно из рисунка 8, ширина полосы круговой поляризации для обычного Иерусалимского креста находится в диапазоне частот от 11,5 ГГц до 13,5 ГГц. Это означает, что рабочая полоса пропускания резко сокращается, когда микровыступы перемещаются из I-образных плеч в направлении x .Вставки на рис. 8 (a) и 8 (b) показывают поверхностные токи, распределенные на нормальном Иерусалимском кресте и микроразрезе Иерусалимского креста, соответственно. Для обычного Иерусалимского креста поверхностные токи эквивалентно распределяются по плечам в направлениях x и y , тогда как для микроразрезанного Иерусалимского креста большая часть поверхностных токов распределяется только по плечам в . y направление. Следовательно, когда микротрещины вытравливаются на I-образных плечах в направлении x , их адмиттансы изменяются с индуктивных на емкостные.Как обсуждалось ранее, альтернативная полная проводимость значительно улучшает характеристики преобразователя круговой поляризации.

      Рис. 8.

      Рис. 8. Сравнение характеристик преобразования круговой поляризации между конвертером, состоящим из обычной метаповерхности Иерусалимского креста (а) и предлагаемым конвертером (б) ). Вставки – это распределения поверхностного тока на метаповерхности.
      4.Экспериментальная проверка

      Для экспериментальной проверки предложенного преобразователя поляризации метаповерхность изготавливается на подложке F4B с использованием традиционной технологии печатных плат (ПП), как показано на рис. 9 (а). Конфигурация для изготовления имеет общий размер 250 мм × 250 мм, содержащий 50 × 50 элементарных ячеек. При измерении используется анализатор цепей (Agilent 8753ES), два порта которого подключены к двум одинаковым рупорам. Изготовленный образец помещается на переднюю часть рупорных антенн и окружается поглощающими материалами (см. Рис.9 (б)). Рупор 1 # используется для излучения падающих волн с горизонтальной поляризацией, а рупор 2 # представляет собой принимаемый рупор, с помощью которого измеряются величины отраженных волн с горизонтальной и вертикальной поляризацией (то есть R uu и R vu ) можно получить. Чтобы гарантировать, что образец принимает и отражает электромагнитные волны, образец и рупорная антенна находятся на одной высоте. С другой стороны, фазы R uu и R vu очень чувствительны к траектории волны, поскольку наш преобразователь поляризации работает на более высоких частотах.Следовательно, очень сложно получить точную разность фаз (Δ φ uv ), используя данные измерений фазы R uu и R vu . Чтобы получить точную разность фаз, мы поворачиваем антенну 2 # на поляризацию 45 °, чтобы получить соответствующую амплитуду отраженной волны | R xu | (см. вставку на рис. 9 (б)). Тогда разность фаз Δ φ vu может быть вычислена по следующим уравнениям: [33]

      В экспериментах мы рассматриваем только случай нормального падения.Измеренный | R uu | и | R vu |, а разность фаз Δ φ vu представлены пунктирными линиями на рис. 2 (б) и 2 (в). Отношение осей обозначено пунктирными линиями на рис. 2 (г). Хорошо видно, что экспериментальные результаты хорошо согласуются с численным моделированием, демонстрируя высокую производительность предлагаемого преобразователя круговой поляризации.

      5. Выводы

      Мы представляем сверхширокополосный и высокопроизводительный преобразователь круговой поляризации, использующий сверхтонкую метаповерхность Иерусалимского креста с микрочастицами.Результаты численного моделирования и измерений показывают, что предложенная конструкция может преобразовывать линейно-поляризованную электромагнитную волну в циркулярно-поляризованную волну в частотном диапазоне 12,4–21 ГГц с относительной полосой пропускания 50%. Кроме того, сверхширокополосное преобразование поляризации сохраняется в широком диапазоне углов падения. Мы также исследуем физический механизм, используя метод эквивалентной схемы. Предлагаемый преобразователь поляризации будет иметь множество потенциальных применений на микроволновых и терагерцовых частотах.

      Многополосная селективная метаповерхность с круговой поляризацией для микроволновых приложений

      , 1 , 1 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 и 6 Syed Mued 90mm Касим Али Шах

      1 Научно-исследовательский институт микроволновых и миллиметровых волн (RIMMS), Национальный университет наук и технологий (НИТУ), Исламабад, 44000 Пакистан

      Ношерван Шоаиб

      1 Научно-исследовательский институт микроволнового и миллиметрового диапазона -Волновые исследования (RIMMS), Национальный университет наук и технологий (NUST), Исламабад, 44000 Пакистан

      Фахад Ахмед

      1 Научно-исследовательский институт микроволновых и миллиметровых волн (RIMMS), Национальный университет наук и технологий ( НИТУ), Исламабад, 44000 Пакистан

      Акрам Аломайни

      2 Школа электронной инженерии и информатики, Ку een Mary University of London, Лондон, E1 4NS UK

      Abdul Quddious

      3 Исследовательский и инновационный центр KIOS, Университет Кипра, 2109 Никосия, Кипр

      Symeon Nikolaou

      4 Frederick Research Center (FRC ) и факультет электротехники, Университет Фредерика, 1036 Никосия, Кипр

      Мухаммад Али Имран

      5 Школа инженерии Джеймса Ватта, Университет Глазго, Глазго, G12 8QQ UK

      Каммер Х.Аббаси

      5 Школа инженерии Джеймса Ватта, Университет Глазго, Глазго, G12 8QQ UK

      1 Исследовательский институт микроволновых и миллиметровых волн (RIMMS), Национальный университет науки и технологий (NUST), Исламабад , 44000 Пакистан

      2 Школа электронной инженерии и компьютерных наук, Лондонский университет Королевы Марии, Лондон, E1 4NS UK

      3 Центр передовых исследований и инноваций KIOS, Университет Кипра, 2109 Никосия, Кипр

      4 Исследовательский центр Фредерика (FRC) и Департамент электротехники, Университет Фредерика, 1036 Никосия, Кипр

      5 Школа инженеров Джеймса Ватта, Университет Глазго, Глазго, G12 8QQ UK

      Автор, отвечающий за переписку.

      Поступило 21.10.2020 г .; Принято 2020 г. 31 декабря.

      Открытый доступ Эта статья находится под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или любом формате при условии, что вы указали оригинал Автор (ы) и источник предоставляют ссылку на лицензию Creative Commons и указывают, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной линии для материала.Если материал не включен в лицензию Creative Commons для статьи и ваше предполагаемое использование не разрешено законом или превышает разрешенное использование, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. Эта статья цитируется в других статьях PMC.
      Заявление о доступности данных

      Наборы данных, созданные во время и / или проанализированные в ходе текущего исследования, доступны у соответствующего автора по разумному запросу.

      Abstract

      В данной исследовательской статье представлена ​​многополосная метаповерхность с селективной круговой поляризацией (CPS). Взаимная двухслойная метаповерхность разработана путем введения хиральности в структуру. Верхний слой предлагаемой метаповерхности состоит из кольцевого кольцевого резонатора с разъемным кольцом и крестообразной структурой внутри него. Такая же структура печатается на нижней стороне предлагаемой метаповерхности путем поворота на угол 90 ° для достижения хиральности структуры.Предлагаемая метаповерхность может добавить способность поверхности CPS в диапазоне от 5,18 до 5,23 ГГц для y-поляризованной падающей волны. Для полосы частот 5,18–5,23 ГГц передача достигает -4 дБ, а коэффициент ослабления поляризации (PER) достигает -27,4 дБ на частоте 5,2 ГГц. Аналогичным образом, для падающей волны с x-поляризацией достигаются три стратегические рабочие полосы CPS в диапазонах частот 10,64–10,82 ГГц, 12,25–12,47 ГГц и 14,42–14,67 ГГц. Максимальный PER 47,16 дБ был достигнут для 14.Диапазон частот 42–14,67 ГГц на частоте 14,53 ГГц. Кроме того, реакция метаповерхности не меняется при наклонных падениях до 45 °. Простая структура, угловая стабильность, многополосность и миниатюрный размер делают эту метаповерхность выдающимся кандидатом для применения в области преобразования поляризации и биомедицинских приложений.

      Тематические термины: Метаматериалы, метаматериалы, электротехника и электроника

      Введение

      Метаматериалы обладают необычными свойствами и предоставляют широкие возможности для управления поляризацией, амплитудой и фазой электромагнитной волны и манипулирования ими.Хиральные метаматериалы, особый подкласс метаматериалов, состоящий из структуры, лишенной зеркальной симметрии, и ее зеркальное отображение не может быть наложено друг на друга. Хиральность – важная характеристика материалов в органическом мире, которая проявляется в природных молекулах, таких как белки, аминокислоты и углеводы 1 . Хиральный метаматериал привлек значительное внимание после публикации Pendry et al. 2 введена хиральность для достижения отрицательного показателя преломления 3 (NRI).Хотя у метаматериалов есть много преимуществ, они заменяются метаповерхностями 4 (то есть 2D аналогом метаматериала). Причина в том, что трехмерные метаматериалы сталкиваются со значительными сложностями при изготовлении, имеют громоздкие размеры и по своей сути имеют очень узкую полосу пропускания. Благодаря хиральности метаповерхностей может быть реализован широкий спектр замечательных электромагнитных свойств, таких как гигантская гиротропия 5 , 6 , оптическая активность (90 ° -поляризационное вращение 7 10 ), круговой дихроизм 11 , 12 , поляризационная селективность 13 15 и асимметричная передача 16 20 .

      Асимметричная передача реализована Федотовым 21 в 2006 году, и теперь она стала центром исследований по достижению асимметричной линейно-линейной поляризации (оптической активности) и избирательности по круговой поляризации. Сообщалось о различных методах области асимметричной линейной поляризации за счет использования двухслойных хиральных структур 22 , 23 и многослойных 24 , 25 .В настоящее время научное сообщество обратило внимание на реализацию асимметричной линейно-круговой поляризации 26 32 . Поскольку достижение асимметричного линейно-кругового (CPS) асимметричного перехода от линейного к круговому (CPS) является сложной задачей, как в 27 , 28 , 32 , тем не менее, многослойные структуры могут быть развернуты там, где многополосные или расширенные требуется пропускная способность.

      Многополосная избирательность по круговой поляризации была достигнута с использованием многослойных металлических структур на листе подложки, когда они работали только при нормальном падении 27 , 28 .Многослойные структуры вызывают высокие потери при передаче, а коэффициент отражения увеличивается из-за плохого согласования волнового импеданса 32 . Таким образом, исследовательская тенденция заключается в достижении избирательности по круговой поляризации за счет использования недорогих двухслойных хиральных метаповерхностей. Была продемонстрирована двухзонная метаповерхность с селективной круговой поляризацией, использующая двухслойную структуру 29 32 . Zhang et al. Селективность по круговой поляризации в двух диапазонах достигается за счет использования двухслойной перевернутой G-образной структуры 31 .

      Хан и др. предложили высокоэффективную киральную метаповерхность 32 , в которой работа CPS была достигнута только на резонансной частоте 14,79 ГГц с величиной передачи -4,5 дБ, однако конструкция работала только при нормальном падении. Из вышеупомянутой литературы можно понять, что конструкции либо низкоэффективны, либо работают только на резонансных частотах с узкой полосой пропускания, либо работают при нормальном падении. В этом контексте достижение высокой эффективности многополосной избирательности по круговой поляризации наряду с угловой стабильностью может быть привлекательным из-за его способности интегрироваться с различными практическими приложениями в манипуляции поляризацией и биомедицинскими устройствами 33 , 34 .

      В этой статье представлена ​​новая и эффективная двухслойная метаповерхность с характеристиками многополосного CPS. Избирательность по круговой поляризации достигается в диапазоне частот 5,18–5,23 ГГц для y-поляризации. В то время как для x-поляризации работа CPS достигается в трех полосах частот, то есть 10,64–10,82 ГГц, 12,25–12,47 ГГц и 14,42–14,67 ГГц. Для диапазона C (5,18–5,23 ГГц) передача достигает -4 дБ, что, насколько известно авторам, является наивысшим значением, достигнутым на сегодняшний день.Более того, метаповерхность очень хорошо работает как для x-поляризации (TM), так и для y-поляризации (TE) при наклонном падении до 45 °, предлагая помощь в приложениях преобразования поляризации.

      Теоретический анализ

      Предположим, что плоская волна распространяется в направлении – z, в котором можно указать падающее электрическое поле ( E i ) и прошедшее электрическое поле ( E t ) как 35 :

      Ei (x, y, z, t) = ExiEyie-i (kz-wt)

      1

      Et (x, y, z, t) = ExtEyte-i (kz- wt)

      2

      , где w и k представляют частоту и волновое число соответственно, а комплексные амплитуды ( E x и E y ) представляют собой x -и y-компоненты электрического поля.Матрица передачи (T-матрица) для линейной поляризации может быть определена как 36 :

      ExtEyt = TxxTxyTyxTyyExiEyi = T.CLinearExiEyi

      3

      Здесь T 702 702 xx xy представляют со- и кросс-компоненты передачи для x-поляризованной волны, соответственно. В то время как T yx и T yy обозначают перекрестную и совместную составляющую передачи для волны y-поляризации, соответственно.Компонент трансмиссии (T.C) можно записать как T.C = E t / E i . Кроме того, матрица пропускания (T-матрица) для круговой поляризации может быть выражена как 36 :

      E + tE-t = T + xT + yT-xT-yExiEyi = T.CcirExiEyi

      4

      Здесь + И – представляют правую круговую поляризацию (RHCP) и левую круговую поляризацию (LHCP) соответственно. Модель T.C cir матрица может быть преобразована в декартово основание, например 27 , 32 :

      Tcir = T + xT + yT-xT-y = 12Tyx-iTxxTyy + iTxyTxx-iTyxTyy

      5

      Результаты моделирования

      Дизайн метаповерхности CPS

      Схематический вид предложенной метаповерхности с селективной круговой поляризацией вместе с верхним и нижним слоями элементарной ячейки представлен на рис. Разработанная метаповерхность напечатана на обеих сторонах подложки Rogers RT5870 ( ɛ r = 2.33, тангенс угла потерь = 0,0012) толщиной 1,57 мм. Медная оболочка 17 мкм (с проводимостью 5,80 × 10 7 См / м) используется для создания металлического кольцевого резонатора (SRR) и резонатора с поперечными элементами. Конструкция на задней стороне подложки повернута на угол 90 ° по сравнению с лицевой стороной подложки для достижения хиральности структуры. Элементарная ячейка повторяется в плоскости x – y с тем же периодом 10 мм для создания массива. Чтобы оптимизировать предлагаемую конструкцию, ее размеры варьируются с целью получения желаемых результатов.Оптимизированные параметры элементарной ячейки следующие: p1 = 10, p2 = 10, a = 4,5, b = 3,55, d = 0,75, c = 5 и g = 0,75 (все единицы в мм).

      Принципиальная схема метаповерхности с селективной круговой поляризацией и геометрическая конфигурация верхнего и нижнего металлических слоев элементарной ячейки.

      Для моделирования и анализа предложенной метаповерхности используется полный электромагнитный числовой решатель, CST Studio Suite. Для моделирования метаповерхности используются периодические и открытые граничные условия вдоль x- и y-направлений, а также порты Флоке вдоль z-направления.Смоделированные компоненты трансмиссии (т.е. T yy , T xy , T yx , T xx ) для обоих поперечно-электрических (TE ) и поперечно-магнитные (TM) падающие волны, распространяющиеся в обратном (−z) и прямом (+ z) направлениях, представлены на рис. а, б соответственно. Для y-поляризации рабочая полоса CPS достигается в полосе частот 5.18–5,23 ГГц, в то время как три полосы частот с избирательностью по круговой поляризации в диапазоне от 10,64 до 10,82 ГГц, от 12,25 до 12,47 ГГц и от 14,42 до 14,67 ГГц реализованы для x-поляризации в обратном направлении, как показано на рисунке a. С другой стороны, из рисунка b видно, что рабочая полоса CPS не достигается в этих диапазонах частот: 5,18–5,23 ГГц, 10,64–10,82 ГГц, 12,25–12,47 ГГц и 14,42–14,67 ГГц при любой x-поляризации ( TM) или y-поляризация (TE) падает с прямого направления.Например, из рис. A можно понять, что со- ( T yy ) и перекрестная ( T xy ) компоненты волны TE примерно равны величине передачи. около 0,63 (- 4,0 дБ) на частоте 5,2 ГГц, тогда как на рис. b компоненты передачи ( T yy и T xy ) не равны на частоте 5,2 ГГц, что приводит к отсутствию операции CPS в прямом направлении. Точно так же в случае TM-волны компоненты передачи ( T xx и T yx ) не равны в трех заявленных диапазонах в прямом направлении.

      Величина компонентов совместной и перекрестной передачи в ( a ) в обратном направлении, ( b ) в прямом направлении.

      Рабочие диапазоны CPS достигаются, когда соотношение величин и разность фаз между сопутствующими и перекрестными компонентами находятся в пределах (0,85–1,15) и (85–95 °), соответственно. На рис. A отношение величин 37 ( T xy / T yy ) остается в пределах (1 ± 0,15), а разность фаз 37 ( φ diff = φ xy – φ yy ) между 5.18 и 5,23 ГГц остается около 90 °, как показано на рис. B. Таким образом, чистая избирательность по круговой поляризации достигается в диапазоне 5,18–5,23 ГГц при падении y-поляризации. Точно так же, когда x-поляризация падает на метаповерхность, отношение величин ( T yx / T xx ) остается почти равным 1, а их разность фаз ( φ diff = φ yx – φ xx ) остается около ± 90 ° или нечетным кратным ± 90 ° в диапазоне частот 10.64–10,82 ГГц, 12,25–12,47 ГГц и 14,42–14,67 ГГц. Исходя из этого, можно утверждать, что чистая избирательность по круговой поляризации достигается во всех вышеупомянутых полосах частот, когда падает TM-волна.

      Как для y-поляризации, так и для x-поляризации, ( a ) отношение величин, ( b ) разность фаз между со- и кросс-компонентами.

      Передача с круговой поляризацией

      Компоненты передачи для круговой поляризации ( T.C cir ) могут быть получены с использованием T.C Линейные компоненты. T.C cir можно рассчитать как для x-, так и для y-поляризации, используя уравнение. ( 5 ). Как видно из рисунка a, для волны с y-поляризацией максимальное значение передачи с круговой поляризацией для LHCP составляет – 1,18 дБ, а для RHCP – минимальное значение – 28,7 дБ на частоте 5,21 ГГц. Существует заметная разница между значениями LHCP и RHCP на частоте 5,21 ГГц, так что LHCP разрешен, а RHCP ограничен для прохождения через метаповерхность на 5.21 ГГц. Это указывает на то, что падающая y-поляризация преобразуется в чистый LHCP на частоте 5,21 ГГц. Аналогичным образом, для волны с x-поляризацией передача с круговой поляризацией для LHCP достигает значений – 2,17 дБ на 10,74 ГГц, – 6,23 дБ на 12,35 ГГц и – 56,5 дБ на 14,53 ГГц, соответственно, как показано на рисунке b. С другой стороны, передача с круговой поляризацией для RHCP имеет минимальные значения – 32,6 дБ на 10,74 ГГц, – 40,19 дБ на 12,35 ГГц и имеет значение – 9,29 дБ на 14,53 ГГц. Он показывает, что чистый LHCP получается при 10.74 ГГц и 12,35 ГГц, в то время как чистый RHCP достигается на 14,53 ГГц при x-поляризации.

      Компоненты пропускания круговой поляризации для ( a ) y-поляризации, ( b ) x-поляризации.

      Коэффициент ослабления поляризации

      Коэффициент ослабления поляризации (PER) – еще один критерий, демонстрирующий функциональность преобразования поляризации. Это параметр, который проверяет эффективность избирательности по круговой поляризации. Для y-поляризации PER можно рассчитать с помощью уравнения.( 6 ) 37 .

      PER = 20 ∗ log10 | T + y || T-y |

      6

      Чтобы найти PER для x-поляризации, необходимо заменить T + y и T −y на T + x и T −x соответственно. Для чистой работы CPS график PER должен быть больше +20 дБ или меньше -20 дБ. На рис. А для y-поляризации PER остается ниже -20 дБ в полосе частот 5.18–5,23 ГГц с амплитудой PER увеличивается до -27,4 дБ на 5,21 ГГц. Это объясняет, что волна TE преобразуется в LHCP в полосе частот 5,18–5,23 ГГц. Аналогичным образом, на рис. B для x-поляризации PER остается ниже -20 дБ в полосах частот 10,64–10,82 ГГц и 12,25–12,47 ГГц, в то время как он остается выше + 20 дБ в полосе частот 14,42–14,67 ГГц. Амплитуды PER достигают -30,4 дБ и -33,9 дБ на частотах 10,74 ГГц и 12,35 ГГц соответственно, а на 14,53 ГГц амплитуда PER достигает 47.16 дБ, что является самой высокой амплитудой PER, которая была достигнута на сегодняшний день, насколько известно авторам. Это означает, что волна TM преобразуется в LHCP в полосах частот 10,64–10,82 ГГц и 12,25–12,47 ГГц и в RHCP в полосе частот 14,42–14,67 ГГц.

      Коэффициент затухания поляризации для ( a ) y-поляризации, ( b ) x-поляризации.

      Угловая стабильность

      Поведение метаповерхности CPS анализируется при различных углах падения из-за требований стабильности для многих приложений.Из рис. А видно, что предложенная структура устойчива по углу до угла падения 45 ° для y-поляризации. Аналогичным образом, для x-поляризации метаповерхность остается стабильной до 45 ° для первого диапазона (10,64–10,82 ГГц), а для второго (12,25–12,47 ГГц) и третьего диапазона (14,42–14,67 ГГц) остается стабильным до 15 °, как показано на рис. B. Отклик спроектированной метаповерхности изменяется на 30 ° и 45 ° для двух диапазонов (12,25–12,47 ГГц, 14,42–14,67 ГГц) из-за большего электрического размера элементарной ячейки.Более того, интересно видеть, что для y-поляризации существует дополнительная полоса на резонансной частоте 9,23 ГГц, которая также выполняет операцию CPS, как показано на рис. A.

      Коэффициент затухания поляризации под разными углами для ( a ) y-поляризации, ( b ) x-поляризации.

      Анализ поверхностных токов

      Физическое поведение за селективностью круговой поляризации можно объяснить путем анализа поверхностных токов. Преобразование круговой поляризации является результатом межслойного (поперечного) магнитного диполя в магнитодипольную связь в резонансах.Электромагнитные волны в металлических слоях могут быть показаны собственными модами резонаторов , , 28, , , 32, , . Рисунок описывает индуцированные поверхностные токи на нескольких частотах, на которых (a), (b) соответствуют падающей TE-волне, а (c) – (h) соответствуют падающей TM-волне. Из рис. A, b видно, что поверхностные токи на верхнем и нижнем слоях конструкции SRR на частоте 5,21 ГГц имеют противоположное (антипараллельное) направление, что показывает антипараллельную магнитную дипольную связь 32 вдоль внешней электрическое поле.Более того, поверхностный ток проходит в параллельном направлении на одной металлической полосе, в то время как на другой металлической полосе нижнего слоя он направлен антипараллельно по отношению к верхнему слою. Таким образом создается перекрестная связь между электрическим и магнитным полями в двухслойной хиральной метаповерхности 28 . Текущие направления на верхнем и нижнем слоях конструкции оценивают тип передаваемой волны (например, RHCP или LHCP). Следовательно, на частоте 5,21 ГГц антипараллельные токи на двух слоях показывают, что передаваемая волна является LHCP.Кроме того, из рис. C, d очевидно, что антипараллельные и параллельные поверхностные токи существуют на SRR и металлических полосах нижнего слоя по отношению к верхнему слою соответственно, что приводит к волне LHCP на частоте 10,74 ГГц для падающей TM-волны. Точно так же на рис. E, f показано, что направления поверхностных токов на структуре показывают, что волна LHCP передается на частоте 12,35 ГГц для волны TM. Кроме того, из рис. G, h для падающей TM-волны на частоте 14,53 ГГц поверхностные токи на структуре SRR и обеих металлических полосках имеют одинаковое (параллельное) направление, что показывает параллельную магнитную дипольную связь 32 вдоль внешней электрическое поле.Следовательно, можно утверждать, что передаваемая волна является RHCP на частоте 14,53 ГГц.

      Распределение поверхностного тока на верхнем и нижнем слоях предлагаемой метаповерхности на разных частотах.

      Экспериментальные результаты и обсуждение

      Для проверки результатов моделирования предложенная метаповерхность CPS была изготовлена ​​на подложке Rogers 5870. Изготовленный образец (сечение 228,6 × 152,4 мм 2 ) состоит из 22 × 15 элементарных ячеек, как показано на рис.а. Измерения проводились в безэховой камере, в то время как лист Роджерса был помещен между двумя рупорными антеннами, как показано на рис. B. Эти антенны были подключены к Anritsu-MS46122B (векторный анализатор цепей) через коаксиальные кабели. Для достижения ко-поляризованной передачи ( T yy или T xx ) передающая и приемная антенны были размещены совместно поляризованными, либо вертикально (для T yy ) или горизонтально (для T xx ).Для измерения кросс-поляризованной передачи две антенны были размещены перпендикулярно друг другу, то есть передающая антенна была расположена вертикально, а приемная антенна – горизонтально. Для измерений компонентов передачи был использован метод свободного пространства с использованием следующего выражения 38 :

      S21samplecallibration = S21sample-S21metalS21air-S21metale-j (w / c) d

      7

      , где w , c и d представляют угловую частоту, скорость света и толщину образца соответственно.Рисунок c, d показывает, что результаты моделирования и эксперимента хорошо согласуются. Измеренная разность фаз между сопутствующими и перекрестными компонентами остается в пределах 90 ° ± 10 ° во всех рабочих диапазонах для CPS. Небольшие расхождения между результатами моделирования и измерениями могут быть связаны с потерями в кабеле, нарушениями калибровки, небольшим смещением антенн и конечным размером изготовленного образца 39 .

      ( a ) Фотография изготовленной метаповерхности, ( b ) экспериментальная установка для измерений, ( c ) сравнение результатов моделирования и измерений для волны TE, ( d ) сравнение результатов моделирования и измерений для TM волна.

      В таблице сравниваются характеристики предложенной метаповерхности с селективной круговой поляризацией с некоторыми ранее описанными двухслойными или трехслойными структурами с точки зрения максимального коэффициента ослабления поляризации, угловой стабильности, количества полос, количества слоев и толщины. Улучшение можно четко увидеть с точки зрения PER, угловой стабильности и количества полос, но предлагаемая метаповерхность CPS имеет большую толщину по сравнению с другими опубликованными работами, перечисленными в таблице.

      Таблица 1

      Сравнение различного CPS metasurfaces.

      45

      21,1 3
      Каталожные номера Максимальный PER (дБ) Угловая устойчивость Кол-во лент Кол-во слоев Толщина (мм)
      3 26 26 2 26 2 2 0,008
      28 30,1 4 3 1,1

      Нет 3 3 1,2
      29 <10 Нет 1 2 1,5

      1,5

      2 2 1,5
      31 20,74 2 3 2 1,5

      2 1,5 1 2 1.524
      Эта работа 47,16 До 45 ° 4 2 4 2
      метаповерхность, которая выполняет многополосную асимметричную линейно-круговую поляризацию. Конструкция метаповерхности CPS имеет массив кольцевых разъемных резонаторов с крестообразной структурой внутри. Показано, что двухслойная метаповерхность обладает способностью достигать избирательности по круговой поляризации в полосе частот от 5.18 и 5,23 ГГц для нормально падающей волны с TE поляризацией, а также обеспечивает работу CPS в различных диапазонах частот: 10,64–10,82 ГГц, 12,25–12,47 ГГц и 14,42–14,67 ГГц для волны с нормально падающей поляризацией TM. Для полосы частот 5,18–5,23 ГГц передача увеличивается до -4 дБ на частоте 5,2 ГГц, а для полосы частот 14,42–14,67 ГГц PER увеличивается до 47,16 дБ на частоте 14,53 ГГц, что является максимальным значением, которое было достигнуто до на сегодняшний день, насколько известно авторам. Благодаря миниатюризации размера элементарной ячейки, поляризационной селективности и угловой стабильности до 45 °, разработанная метаповерхность может быть пригодна для преобразования поляризации и биомедицинских приложений.

      Благодарности

      Эта работа была частично поддержана грантом Совета по исследованиям в области инженерных и физических наук EP / R511705 / 1. Эта работа также частично финансировалась Европейским фондом регионального развития и Республикой Кипр через Фонд исследований и инноваций в рамках проекта INFRASTRUCTURES / 1216/0042 (RF-META) и Комиссией по высшему образованию (HEC) Пакистан – Национальные исследования Программа для университетов (NRPU), финансируемый проектом № 9971 под названием «Сбор радиочастотной энергии для приложений Интернета вещей (IoT)».

      Вклад авторов

      S.M.Q.A.S. разработал метаповерхность CPS, выполнил моделирование и написал первоначальный черновик рукописи. F.A. и A.Q. внес свой вклад в концепцию и написал соответствующий текст. Н.С. выполнил измерения и проверки. Н.С., M.A.I, Q.H.A., A.A. и С. руководил всей исследовательской работой и рецензировал рукопись.

      Доступность данных

      Наборы данных, созданные во время и / или проанализированные в ходе текущего исследования, доступны у соответствующего автора по разумному запросу.

      Конкурирующие интересы

      Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

      Сноски

      Примечания издателя

      Springer Nature сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​принадлежностях организаций.

      Ссылки

      1. Ли З, Лю В., Ченг Х, Чен С., Тиан Дж. Спин-селективная передача и предполагаемая хиральность в двухслойных метаповерхностях. Sci. Отчет 2017; 7: 8204. DOI: 10.1038 / s41598-017-08527-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 2.Pendry JB. Хиральный путь к отрицательному преломлению. Наука (80–) 2004; 306: 1353–1355. DOI: 10.1126 / science.1104467. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 3. Чжоу Дж. И др. Отрицательный показатель преломления из-за хиральности. Phys. Ред. Б. 2009; 79: 121104. DOI: 10.1103 / PhysRevB.79.121104. [CrossRef] [Google Scholar]

      4. Шах, С. М. К. А., Ахмед, Ф. и Шоаиб, Н. Высокоэффективная многофункциональная метаповерхность для приложений C- и X-диапазонов. In 2020 14-я Европейская конференция по антеннам и распространению радиоволн (EuCAP) 1–4 (2020).10.23919 / EuCAP48036.2020.16.

      5. Рогачева А.В., Федотов В.А., Шванеке А.С., Желудев Н.И. Гигантская гиротропия из-за связи электромагнитного поля в двухслойной хиральной структуре. Phys. Rev. Lett. 2006; 97: 177401. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.97.177401. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 6. Таравати С., Хан Б.А., Гупта С., Ачури К., Калоз К. Невзаимная негиротропная безмагнитная метаповерхность. IEEE Trans. Антенны Propag. 2017; 65: 3589–3597. DOI: 10.1109 / TAP.2017.2702712. [CrossRef] [Google Scholar] 7.Слива Е, Федотов В.А., Желудев Н.И. Оптическая активность в внешне хиральном метаматериале. Прил. Phys. Lett. 2008; 93: 1

      . DOI: 10,1063 / 1,3021082. [CrossRef] [Google Scholar] 8. Декер М., Чжао Р., Соукулис С.М., Линден С., Вегенер М. Фотонный метаматериал с скрученным кольцевым резонатором и огромной оптической активностью. Опт. Lett. 2010; 35: 1593–1595. DOI: 10.1364 / OL.35.001593. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Song K, Zhao X, Liu Y, Fu Q, Luo C. Устройство с регулируемой частотой вращения поляризации на 90 ° с использованием композитных хиральных метаматериалов.Прил. Phys. Lett. 2013; 103: 101908. DOI: 10.1063 / 1.4820810. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Сонг К. и др. Планарный композитный хиральный метаматериал с широкополосным бездисперсионным вращением поляризации и высоким коэффициентом пропускания. J. Appl. Phys. 2016; 120: 245102. DOI: 10.1063 / 1.4972977. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Ченг И, Не И, Ву Л., Гонг Р. З. Гигантский круговой дихроизм и отрицательный показатель преломления хирального метаматериала на основе разъемных кольцевых резонаторов. Прог. Электромагнит. Res. 2013; 138: 421–432. DOI: 10,2528 / PIER13011202.[CrossRef] [Google Scholar] 12. Квон Д.Х., Вернер П.Л., Вернер Д.Х. Оптические плоские хиральные конструкции из метаматериалов для сильного кругового дихроизма и вращения поляризации. Опт. Выражать. 2008; 16: 11802–11807. DOI: 10.1364 / OE.16.011802. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Lončar J, Grbic A, Hrabar S. Ультратонкая активная поляризационно-селективная метаповерхность на частотах X-диапазона. Phys. Ред. B. 2019; 100: 75131. DOI: 10.1103 / PhysRevB.100.075131. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Ли Y и др. Широкополосное селективное преобразование поляризации с помощью трехмерных метаматериалов.J. Appl. Phys. 2014; 115: 234506. DOI: 10.1063 / 1.4883762. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Ван Х, Цюй С., Ян М., Чжэн Л., Ван Дж. Дизайн и анализ двухдиапазонной поляризационно-селективной метаповерхности. Прил. Phys. А. 2019; 125: 762. DOI: 10.1007 / s00339-019-3013-у. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Cheng Y, Nie Y, Wang X, Gong R. Ультратонкий прозрачный преобразователь поляризации из метаматериала, основанный на резонаторе с закручивающимся и расщепленным кольцом. Прил. Phys. А. 2013; 111: 209–215. DOI: 10.1007 / s00339-013-7546-1. [CrossRef] [Google Scholar] 17.Хуанг Ц., Фэн Й., Чжао Дж., Ван З., Цзян Т. Асимметричная передача электромагнитных волн линейной поляризации через преобразование поляризации через хиральные структуры из метаматериалов. Phys. Ред. Б. 2012; 85: 195131. DOI: 10.1103 / PhysRevB.85.195131. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Menzel C, et al. Асимметричное пропускание линейно поляризованного света на оптических метаматериалах. Phys. Rev. Lett. 2010; 104: 253902. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.104.253902. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Мутлу М., Акосман А.Е., Серебрянников А.Е., Озбай Э.Диодоподобная асимметричная передача линейно поляризованных волн с использованием магнитоэлектрической связи и туннелирования электромагнитных волн. Phys. Rev. Lett. 2012; 108: 213905. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.108.213905. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 20. Лю Д., Сяо З., Ма Х, Ван З. Асимметричная передача линейно и циркулярно поляризованных волн в метаматериале из-за нарушения симметрии. Прил. Phys. Выражать. 2015; 8: 52001. DOI: 10.7567 / APEX.8.052001. [CrossRef] [Google Scholar] 21. Федотов В.А., и др. Асимметричное распространение электромагнитных волн через плоскую киральную структуру.Phys. Rev. Lett. 2006; 97: 167401. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.97.167401. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 22. Бохари SHA, Cheema HM. Широкополосная асимметричная передача за счет увеличения хиральности под действием угла в кольцевых резонаторах с разрезом. J. Appl. Phys. 2020; 128: 63102. DOI: 10.1063 / 5.0013033. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Мирзамохаммади Ф., Нуриния Дж., Гобади С., Маджидзаде М. Двухслойный хиральный метаматериал с высокоэффективной широкополосной асимметричной передачей линейно поляризованной волны. AEU Int. Дж.Электрон. Commun. 2019; 98: 58–67. DOI: 10.1016 / j.aeue.2018.11.008. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Ли З., Мутлу М., Озбай Э. Сильно асимметричная передача линейно поляризованных волн, реализованная с помощью многослойной структуры, включающей хиральные метаматериалы. J. Phys. D. Прил. Phys. 2014; 47: 75107. DOI: 10.1088 / 0022-3727 / 47/7/075107. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Хан М.И. и др. Многополосная эффективная асимметричная передача с преобразованием поляризации с использованием киральной метаповерхности. Антенны IEEE Wirel. Распространение.Lett. 2020; 19: 1137–1141. DOI: 10.1109 / LAWP.2020.29. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Cheng Z, Cheng Y. Многофункциональный преобразователь поляризации на основе хирального метаматериала для терагерцовых волн. Опт. Commun. 2019; 435: 178–182. DOI: 10.1016 / j.optcom.2018.11.038. [CrossRef] [Google Scholar] 27. Ли С., Чжан Х. Асимметричный трехдиапазонный преобразователь линейной поляризации в круговую в режиме передачи. Int. J. RF Microw. Comput. Англ. 2020; 30: e21959. [Google Scholar] 28. Cheng Y, Wu C, Cheng ZZ, Gong RZ. Сверхкомпактный многодиапазонный круговой поляризатор из хирального метаматериала на основе тройного скрученного кольцевого резонатора.Прог. Электромагнит. Res. 2016; 155: 105–113. DOI: 10,2528 / PIER16012501. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Wu L, et al. Преобразователи круговой поляризации на основе двухслойных асимметричных метаматериалов с разъемным кольцом. Прил. Phys. А. 2014; 116: 643–648. DOI: 10.1007 / s00339-014-8252-3. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Ченг И, Ни И, Ченг З, Гонг Р. З. Двухзонный круговой поляризатор и преобразователь линейной поляризации на основе асимметричного хирального метаматериала со скрученной кольцевой структурой. Прог. Электромагнит. Res. 2014; 145: 263–272.DOI: 10,2528 / PIER14020501. [CrossRef] [Google Scholar] 31. Чжан X, Ли С. Асимметричный двухзонный линейно-круговой преобразователь на двухслойном хиральном метаматериале. Int. J. RF Microw. Comput. Англ. 2019; 29: e21902. [Google Scholar] 32. Хан С, Эйберт ТФ. Двухдиапазонный мета-лист для асимметричной микроволновой передачи с преобразованием поляризации. Доступ IEEE. 2019; 7: 98045–98052. DOI: 10.1109 / ACCESS.2019.2929115. [CrossRef] [Google Scholar] 33. Ян Х, Фан Д, Рен А., Чжао Н., Алам М. Ориентированное на пользователя зондирование на основе 5G в диапазоне С.IEEE Trans. Инд. Информ. 2019; 15: 3040–3047. DOI: 10.1109 / TII.2019.28. [CrossRef] [Google Scholar] 34. Ян X и др. Заморозка определения походки с учетом утечки кабеля. IEEE Trans. Антенны Propag. 2019; 67: 554–561. DOI: 10.1109 / TAP.2018.2878081. [CrossRef] [Google Scholar] 35. Menzel C, Rockstuhl C, Lederer F. Продвинутое исчисление Джонса для классификации периодических метаматериалов. Phys. Ред. А. 2010; 82: 53811. DOI: 10.1103 / PhysRevA.82.053811. [CrossRef] [Google Scholar] 36. Акбари М, Фарахани М, Себак А, Денидни Т.А.Преобразователь линейной поляризации Ka-диапазона в круговую на основе многослойной пластины с широкополосными характеристиками. Доступ IEEE. 2017; 5: 17927–17937. DOI: 10.1109 / ACCESS.2017.2746800. [CrossRef] [Google Scholar] 37. Мустафа М.Е., Амин М., Сиддики О., Тахир Ф.А. Квазикристаллическая метаповерхность для одновременной работы полуволновой и четвертьволновой пластинки. Sci. Отчет 2018; 8: 15743. DOI: 10.1038 / s41598-018-34142-у. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 38. Gonçalves FJF, Pinto AGM, Mesquita RC, Silva EJ, Brancaccio A.Определение характеристик материалов в свободном пространстве путем измерения отражения и пропускания с использованием частотных и многочастотных алгоритмов. Электроника. 2018; 7: 260. DOI: 10.3390 / electronics7100260. [CrossRef] [Google Scholar] 39. Ахмед Ф., Хассан Т., Шоаиб Н. Многополосная бианизотропная ССШ с поляризационно-нечувствительными и углово-стабильными свойствами. Антенны IEEE Wirel. Распространение. Lett. 2020; 19: 1833–1837. DOI: 10.1109 / LAWP.2020.3020949. [CrossRef] [Google Scholar]

      Преобразование линейной поляризации в круговую в FPGA

      A&A 509, A23 (2010)

      Преобразование из линейной поляризации в круговую в FPGA

      К.Дас 1 , А. Л. Рой 1 , Р. Келлер 1 и Дж. Туккари 2

      1 Институт радиоастрономии Макса Планка (MPIFR), Auf dem Hügel 69, Бонн, Германия Эл. Почта: [koyel; aroy; rkeller] @ mpifr-bonn.mpg.de
      2 Istituto di Radioastronomia, via P. Gobetti, 101 40129 Bologna, Italy Электронная почта: [email protected]

      Поступило: 31 год август 2009 г.
      Принято: 26 год Октябрь 2009 г.

      Аннотация

      Контекст. Радиоастрономические приемники теперь расширяют свой частотный диапазон, чтобы покрыть большие (октавные) дробные полосы пропускания для чувствительности и спектральной гибкости, что делает Задача создания хороших аналоговых круговых поляризаторов. Лучшая чистота поляризации требует более плоской фазовой характеристики во все более широкой полосе пропускания, что легче всего достигается с помощью цифровых технологий. Они предлагают возможность формировать круговую поляризацию с идеальным чистота поляризации в произвольно широкой относительной полосе пропускания, благодаря к простоте введения идеального квадратурного фазового сдвига.Кроме того, быстрое усовершенствование программируемых вентильных матриц обеспечивает высокая вычислительная мощность, низкая стоимость, портативность и реконфигурируемость необходимо сделать практическую реализацию формирования круговая поляризация в цифровом виде.

      Цели. Здесь мы исследуем характеристики кругового поляризатора, реализованного с помощью цифровых технологий.

      Методы. Мы разработали цифровой круговой поляризатор, в котором сигналы промежуточной частоты от приемника с собственными линейными поляризациями были отобраны и преобразованы в круговые поляризация.Частотно-зависимая инструментальная разность фаз и коэффициенты масштабирования усиления были определены с использованием введенного шумового сигнала и применены к двум линейным поляризациям для выравнивания передаточных характеристик двух каналов поляризации. Это выравнивание было выполнено в 512 частотных каналах в полосе пропускания 512 МГц. Сформировалась круговая поляризация. квадратурным фазовым сдвигом и суммированием выровненных сигналов линейной поляризации.

      Результаты. Мы получили чистоту поляризации –25 дБ, соответствующую D-члену 0.06 по всей полосе пропускания.

      Выводы. Этот метод позволяет создавать широкополосные радиоастрономические приемники с собственным линейная поляризация для формирования круговой поляризации для РСДБ.

      Ключевые слова: поляризация / методы: статистические / методы: фотометрические / приборы: поляриметры

      (PDF) Двухдиапазонный преобразователь двойной линейной поляризации в круговую поляризацию в режиме передачи – применение для спутниковой связи в K / Ka-диапазоне

      Только для ознакомления

      > ЗАМЕНИТЕ ЭТУ СТРОКУ ИДЕНТИФИКАЦИОННЫМ НОМЕРОМ ВАШЕГО БУМАГИ (ДВОЙНОЙ НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ РЕДАКТИРОВАНИЯ) <

      ССЫЛКИ

      [1] S.Гао, К. Луо и Ф. Чжу, «Введение в антенны с круговой поляризацией

      », в кн. Антенны с круговой поляризацией, Под ред. Великобритания: Wiley, 2014, стр. 1–

      25.

      [2] Р. Гарсия, Ф. Майоль, Хосе М. Монтеро и А. Кулебрас, «Поляризационная подача Circular

      с двухчастотным турникетом на базе OMT. junction »,

      Антенны IEEE Propag. Mag., Т. 53, № 1, стр. 226–236, февраль 2011 г.

      [3] К. А. Леаль-Севильяно, Дж. А. Руис-Крус, J.Р. Монтехо-Гараи, Дж. М.

      Реболлар, «Новая двухдиапазонная антенна с одинарной круговой поляризацией, питающая сеть

      для спутниковой связи», в Proc. 8 евро. Конф. Антенны

      Propag, (EuCAP’14), 2014 г., стр. 3265–3269.

      [4] Э. Б. Лима, С. А. Матос, Дж. Р. Коста, Калифорния Фернандес и NJG

      Фонсека, «Управление широкоугольным лучом с круговой поляризацией в Ka-диапазоне с помощью

      трансляции плоской линзовой антенны в плоскости», IEEE Пер.Антенны

      Распр., Об. 63, № 12, стр. 5443–5455, декабрь 2015 г.

      [5] С.А. Матос, Э.Б. Лима, Дж. С. Сильва, Дж. Р. Коста, К. А. Фернандес, Н.

      Фонсека, Дж. М. Мосиг, «Двухдиапазонное управление лучом с высоким коэффициентом усиления

      Передатчик для спутниковых терминалов в диапазоне Ka», IEEE Trans. на

      Антенны и распространение, т. 12, вып. 6, стр. 3528–3539, июнь 2017 г.

      [6] С. Йе, Х. Лян, В. Ван, Р. Цзинь, Дж., Генг, Т. С. Берд, и Ю. Дж. Го,

      «Планарная диаграмма с высоким коэффициентом усиления. антенные решетки для мобильной спутниковой связи »,

      IEEE Antennas Propag.Mag., Т. 54, нет. 6, pp. 256–268, Dec. 2012.

      [7] С. Хебиб, Х. Обер, О. Паскаль, NJG Fonseca, L. Reis и JME

      Лопес, «Многополосная пирамидальная антенна, загруженная с отсечкой. открытый волновод

      ”, IEEE Trans. Антенны Propag., Vol. 57, № 1, pp. 266–270,

      Jan. 2009.

      [8] S. D. Targonski, R. B. Уотерхаус, и Д. М. Позар, «Проектирование широкополосных микрополосковых антенн со стэком с апертурой

      », IEEE Trans. Антенны

      Propag., т. 46, № 9, стр. 1245–1251, сентябрь 1998 г.

      [9] З. Янг, Амд К.Ф. Варник, «Многодиапазонная, двойная поляризация, высокая эффективность –

      , подача на антенную решетку для Ku / обратного диапазона спутниковой связи. , ”IEEE

      Антенны беспроводной связи. Lett., Vol. 13, pp. 1325–1328, 2014.

      [10] AD Olver, PJB Clarricoats, AA Kishk, and L. Shafai, Microwave

      Horns and Feeds, Institution of Electrical Engineers, New York, 1994.

      [11 ] Ф. Фолья Манзилло, М.Этторре, Р. Сауло и А. Грбич, «Систематическое проектирование класса широкополосных круговых поляризаторов

      с использованием дисперсии

      Engineering», в Proc. 11-е евро. Конф. Антенны Propag. (EuCAP),

      Давос, Швейцария, апрель 2016 г., стр. 1279–1281.

      [12] С. М. А. М. Хассан Абади и Н. Бехдад, «Широкополосные линейно-круговые преобразователи поляризации

      на основе частот миниатюрных элементов

      селективных поверхностей», IEEE Trans.Антенны Propag., Vol. 64, № 2, pp.

      526–534, февраль 2016 г.

      [13] Л. Мартинес-Лопес, Х. Родригес-Куэвас, Дж. И. Мартинес-Лопес, А.Е.

      Мартынюк, «Многослойный проспект. поляризатор на основе разделенных пополам частотно-избирательных поверхностей

      ”, IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., Vol.

      13, стр. 153–156, январь 2014 г.

      [14] М. Эйлер, В. Фуско, Р. Кэхилл и Р. Дики, «Однослойное суб-

      на 325 ГГц, разделенное кольцо на основе ФСС на основе

      миллиметровых волн. преобразователь линейная в круговую поляризацию

      , Микрообъект.Антенны Propag., Vol. 4, вып. 11, pp. 1764–1772,

      ноябрь 2010 г.

      [15] М. Джойал и Дж. Лаурин, «Анализ и проектирование тонких круговых поляризаторов

      на основе меандровых линий», IEEE Trans. Антенны Propag., Vol. 60, No. 6,

      pp. 3007-3011, Jun. 2012.

      [16] I. Sohail, Y. Ranga, K. Esselle, S. Hay, «Преобразователь линейной поляризации

      в круговой на основе на частотно-избирательной поверхности «Иерусалим-крест»

      // Тр.7 евро. Конф. Антенны Propag, (EuCAP’13), 2013, стр.

      2141–2143.

      [17] В. Ли, С. Ся, Б. Хе, Дж. Чен, Х. Ши, А. Чжан, З. Ли и З. Сюй, «Реконфигурируемый преобразователь поляризации

      , использующий активную метаповерхность и ее

      Применение

      в рупорной антенне », IEEE Trans. Антенны Propag., Vol. 64,

      № 12, стр. 5281–5290, декабрь 2016 г.

      [18] Х.Л. Чжу, С.В. Чунг, К.Л. Чунг и Т.И. Юк, «Преобразование линейной поляризации в круговую

      с использованием метаповерхности», IEEE Trans.Антенны

      Распр., Об. 61, № 9, стр. 4615–4623, сентябрь 2013 г.

      [19] М. Мутулу, А.Е. Акосман, А.Е. Серебрянников, Э. Озбай,

      «Асимметричный хиральный круговой поляризатор из метаматериала на основе четырех U-

      .

      кольцевых резонатора с разрезной формой, Опт. Lett., Vol. 36, нет. 9, pp. 1653–1655,

      May 2011.

      [20] NJG Fonseca и C. Mangenot, «Низкопрофильная поляризационная поверхность с двухдиапазонной работой

      в ортогональной поляризации для широкополосных спутниковых приложений

      », 8th Европейская конф.Антенны и распространение (EuCAP),

      , Гаага, Нидерланды, стр. 570-574, апрель 2014 г.

      [21] NJG Fonseca и C. Mangenot, «High-Performance Electric Thin

      Dual-Band Polarizing Reflective Поверхность для широкополосных спутниковых

      приложений », IEEE Trans. Антенны и распространение, т. 64, нет. 2, pp.

      640-649, Feb. 2016.

      [22] W. Tang, S. Mercader-Pellicer, G. Goussetis, H. Legay и NJG

      Fonseca, «Низкопрофильный компактный двухдиапазонный Элементарная ячейка для поляризации

      поверхностей, работающих в ортогональных поляризациях », IEEE Trans.Антенны

      и распространение, т. 65, нет. 3, стр. 1472-1477, март 2017 г.

      [23] А. Аббаспур-Тамиджани, К. Сарабанди и Г. М. Ребеиз, «Антенна-

      антенные решетки с фильтром как класс полосно-частотно-избирательных поверхностей. ”

      IEEE Trans. Микроу. Теория Техн., Т. 52, № 8, стр. 1781 – 1789, август

      2004.

      [24] Т. Чалоун, В. Циглер, У. Менцель, «Дизайн двухполяризованной многоярусной антенны

      для широкополосных антенн. отражательные матрицы с угловым сканированием », IEEE Trans.

      Антенны распростран., Т. 64, № 8, стр. 3380–3390, август 2016 г.

      [25] П. Насери, Ф. Хосрави и П. Мусави, «Передающая решетка

      на основе антенны-фильтра-антенны для кругового поляризационное приложение », Антенны IEEE

      Wireless Propag. Lett., Vol. 16, pp. 1389–1392, 2017.

      [26] П. Насери, Р. Мирзаванд и П. Мусави, «Двухдиапазонная элементарная ячейка передающей решетки

      с круговой поляризацией в диапазонах X и K», in Proc. 10 евро.Конф.

      Антенны Propag. (EuCAP), Давос, Швейцария, апрель 2016 г., стр. 1–4.

      [27] П. Насери, Калифорния Фернандес, С.А. Матос, Дж. Р. Коста, «Антенна-фильтр-

      антенная ячейка для передающей решетки линейно-кругового поляризатора», APS,

      Сан-Диего, Калифорния, США, июль 2017 г.

      [28] П. Насери, С. А. Матос, Дж. Р. Коста и К. А. Фернандес, «Фазовая задержка

      в сравнении с ячейками поворота фазы для передающих решеток с круговой поляризацией –

      Применение

      для спутникового луча в Ka-диапазоне. рулевого управления », IEEE Trans.Антенны

      Распр., Об. 66, нет. 3, стр. 1236-1247, март 2018 г.

      [29] CST Microwave Studio. [2014, октябрь]. Технология компьютерного моделирования

      [Онлайн]. Доступно: http://www.cst.com.

      [30] Р. Поус и Д. М. Позар, «Частотно-избирательная поверхность с использованием апертур-

      связанных микрополосковых пятен», IEEE Trans. Антенны Propag., Vol. 39,

      № 12, стр. 1763–1769, декабрь 1991 г.

      [31] Серхио А. Матос, Э. Б. Лима, Дж. Р. Коста, К.A. Fernandes и N.J.

      Fonseca, «Экспериментальная оценка двухдиапазонного луча с высоким коэффициентом усиления

      с управляемой передающей решеткой», в Proc. 12-е евро. Конф. Антенны Propag.

      (EuCAP), Лондон, Великобритания, апрель 2018 г.

      [32] М. Хоссейни, С. В. Хум, «Элементарная ячейка с двойной отражательной матрицей для реализации

      независимо управляемых лучей для космических приложений», в Proc. 11-й

      евро. Конф. Антенны Propag. (EuCAP), Париж, Франция, 2017 г., стр.66-70.

      Париназ Насери (M’14) получил степень бакалавра наук. Степень в области

      Электротехника (телекоммуникации) от

      Тегеранского университета, Тегеран, Иран в 2013 году и получила степень магистра наук

      . степень в области электромагнетизма и микроволн,

      Электротехника из Университета Альберты,

      Эдмонтон, Канада в 2017 году. С сентября 2016 года по декабрь 2017 года она работала научным сотрудником по гранту

      в Instituto de Telecomunicações, Лиссабон,

      Португалия.

      присоединилась к Лаборатории реконфигурируемых антенн в Университете Торонто в качестве исследователя

      с января 2018 года. Она получила стипендию Стэнли Дж. Джонса

      в 2014 году и стипендию Онтарио Триллиум для ее докторской программы

      в Университете Торонто. с сентября 2018 года. В настоящее время ее исследования

      интересуются частотно-избирательными поверхностями, передающими решетками, отражающими решетками,

      и поляриметрическими поверхностями.

      Сержио А. Матос (S’05 – M’16) получил лицензию Licenciado,

      M.Sc. и Ph.D. степени в области электротехники и компьютеров

      инженерии от Instituto Superior Técnico (IST),

      Лиссабонского университета, Лиссабон, Португалия, в 2004, 2005 и

      2010, соответственно.

      В настоящее время он работает научным сотрудником в Институте

      Telecomunicações (IT), Лиссабон, Португалия. Он также является доцентом

      в Departamento de Ciências e

      Tecnologias da Informação, Instituto Universitário de Lisboa (ISCTE-IUL).He

      является соавтором 60 технических статей в международных журналах и конференциях.

      Страница 10 из 11

      http://mc.manuscriptcentral.com/tap-ieee

      IEEE Transactions on Antennas & Propagation

      1

      2

      3

      4

      5

      6

      7

      8

      9

      10

      11

      12

      13

      14

      170002 150002

      150002

      19

      20

      21

      22

      23

      24

      25

      26

      27

      28

      29

      30

      31

      000

      000 35

      36

      37

      38

      39

      40

      41

      42

      43

      44

      45

      46

      47

      48 9000 3

      49

      50

      51

      52

      53

      54

      55

      56

      57

      58

      59

      60

      Двухдиапазонный преобразователь с двойной линейной передачей в круговую поляризацию -приложение к спутниковой связи K / Ka-диапазона

      Используйте этот идентификатор для цитирования или ссылки на этот элемент: http: // hdl.handle.net/10071/16812

      .pt / id / ci-pub-52118 DSpace защищены авторским правом, все права защищены, если не указано иное.

      .

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

      acessibilidade
      Название: Двухдиапазонный преобразователь двойной линейной поляризации в круговую поляризацию в приложении режима передачи для спутниковой связи K / Ka-диапазона
      Авторы: Naseri, P.
      Матос, С.
      Коста, Дж. преобразование
      Дата выпуска: 2018
      Издатель: IEEE – Институт электротехники и инженеров
      Резюме: Многие приложения беспроводной связи, такие как спутниковая связь, используют сигналы с круговой поляризацией (CP) , с требованием легкого переключения датчика поляризации e между восходящей и нисходящей линиями связи.В частности, в спутниковой связи наблюдается тенденция к переходу на более высокие частоты и объединению приемной и передающей антенн в одном двухдиапазонном терминале. Однако эти одновременные требования делают проектирование и изготовление составляющих частей очень сложной задачей. Мы предлагаем здесь двухдиапазонный преобразователь с двойной линейной поляризацией (LP) в CP, который работает в режиме передачи. Принцип работы этого поляризатора поясняется на примере спутниковой связи в Ka-диапазоне на 19.7–20,2 и 29,5–30 ГГц. Преобразователь LP-to-CP представляет собой единую панель, состоящую из идентичных элементарных ячеек толщиной всего 1,05 мм и размером 5,3 мм × 5,3 мм. Благодаря работе в режиме передачи поляризатор может быть объединен с простой двухдиапазонной двухканальной антенной для получения желаемой двухдиапазонной одиночной антенны с двумя CP. Однако уникальным свойством этого поляризатора является тот факт, что он преобразует заданную волну LP, например, x-поляризацию, в ортогональные CP-волны в двух несмежных полосах частот, например.g., левый КП на нижнем диапазоне и правый КП на верхнем диапазоне. Поляризатор испытывается как с прямоугольными рупорами LP на 20, так и на 30 ГГц для освещения двухдиапазонной передающей решетки (TA) для получения широкоугольного управления лучами CP. Характеристики поляризатора и его связь с ТА оцениваются посредством моделирования и измерений. Мы также представляем рекомендации по проектированию этого типа поляризатора.
      Рецензент: да
      URI: http: // hdl.handle.net/10071/16812
      DOI: 10.1109 / TAP.2018.2874680
      ISSN: 0018-926X
      Ciência-IUL:
      Регистрационный номер: WOS: 000451994

      6

      Появляется в коллекциях: IT-RI – Artigo em revista internacional com artigem científica