A polarization converter with single‐band linear‐to‐linear and dual‐band linear‐to‐circular based on single‐layer reflective metasurface

Abstract

A single‐layer reflective metasurface with linear‐to‐linear polarization and circularly polarized reflection under linearly polarized incident wave is investigated in this work. The unit cell of our designed metasurface is formed by the inner cross structures and the outer two pairs of serpentine lines etched on the substrate, and metallic copper is attached to the back of the substrate. The simulation results are as follows that the linearly polarized reflected wave in the middle frequency ranges of 9.33–11.77 GHz (the fractional bandwidth of 23.1% and the polarization conversion ratio over 95%) is realized when the co‐polarization reflection coefficients are within −14 dB under the y‐polarized illuminated wave. Besides, the linear‐to‐circular polarization state is completed when the y‐polarized wave impinges on this metasurface in two nonadjacent frequency bands from 5.95 to 8.80 GHz and 12.68 to 15.58 GHz, which are corresponding to the relative bandwidth of 38.6% and 20.5% respectively according to the 3 dB axial ratio bandwidth property. In addition, the physical mechanism is explained and the sample of this metasurface converter is manufactured and tested. The experiment results are corresponding to the simulation results, which prove the reliability of the simulation results.

Çok Bantlı ve Çok İşlevli Lineerden Dairesel Polarizasyona Dönüşüm Bandını İyileştiren Metayüzey Polarizasyon Dönüştürücü

“…Ayrıca eksenel oran (AR) ve eliptiklik (e), polarizasyon dönüşümünü doğru değerlendirmek için diğer parametrelerle eşzamanlı olarak kullanılmalıdır. e ve AR Eşitlik ( 6)-( 7)'da verilmiştir [11,1].…”

“…Minyatürizasyon ve bant genişletme gibi önemli avantajlar sunduğu için genelde periyodik olarak tekrarlanan birim hücrelerden oluşan metayüzeyler yeni polarizasyon dönüştürücülerin tasarımında ya da geliştirilmesinde önemli rol oynamaktadır. Metayüzey temelli literatürde birçok polarizasyon dönüştürücü çalışması bulunmaktadır [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]. Bu çalışmalar yansıtıcı türü anizotropik metayüzey [1,18] ya da iletim türü şiral metayüzeyler [4][5][6] kullanılarak yapılan polarizörler olmak üzere iki kısma ayrılabilir.…”

“…Mikrodalga [1-14] ya da Terahertz [15][16][17] bandı gibi değişik bantlarda tasarımlar gerçekleşebilir. Tasarımlar ayrıca çok bantlılık [3][4][5][6][7], çoklu polarizasyon dönüşümü [3,4,11] ve geniş bantta dönüşüm [9,12,13] gibi farklı özelliklere sahip olabilir. Yansıtıcı türü anizotropik metayüzey tasarımlar genelde arka tarafı tamamen metal ile kaplı bir dielektrik tabaka üzerine anizotropik şekiller basılarak elde edilirler [18].…”

“…Çok bantlı LTL ve LTC polarizasyon dönüşümü 3.6 mm kalınlığındaki bir dielektrik tabaka üzerine çapraz olarak yerleştirilmiş altıgen metalik parçalar yerleştirilerek elde edilmiştir [3]. Çift bantlı LTC dönüşümü (5.95-8.8 GHz, 12.68-15.58 GHz) ve tek bantlı LTL dönüşümü (9.33-11.77 GHz) 3.1 mm kalınlığında alt tabakaya sahip bir FR4 üzerinde iç çapraz yapıları ve dıştaki iki serpantin çizgi çiftini aşındıran bir polarizör önerilmiştir [11]. Kaynak [8]'de metal destekli bir yalıtkan tabaka üzerine kelebek şekilli yamalar kullanarak 4.2-4.9 GHz bant genişliğini kapsayan yeniden yapılandırılabilir bir polarizasyon dönüştürücü tasarlanmıştır.…”

Ultra-Broadband Angular-Stable Reflective Linear to Cross Polarization Converter

“…Effective controlling or manipulating of polarization state is frequently required in many applications [2,3]. Traditional methods for polarization control include making uses of the birefringence effect and optical activity of natural materials [4][5][6][7]. However, these methods usually lead to a bulky thickness.…”