[发明专利]可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜

说明书

本发明属于可调超表面技术领域，具体为一种可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜。本发明透镜由2Nx*Ny个TGMS单元延拓组成，且透镜上TGMS单元结构沿x轴关于原点对称，对沿X轴和‑X轴的Nx列TGMS单元分别依次施加电压VNx，…V1；所加电压根据抛物线梯度相位修正方法确定；其中TGMS单元由上层主、副谐振器，中间介质板以及下层金属接地板三部分组成；主谐振器为I型金属结构，由水平金属条、垂直金属条以及焊接于垂直金属条开口之间的变容管组成；副谐振器由一对大小相同的金属贴片组成；外加电压通过水平金属条馈电加在变容管上。本发明实现了TGMS单元谐振频率和相位的实时调控，为宽带、多功能透镜提供了新的方法和手段，解决了微带阵天线两大瓶颈。

技术领域

本发明属于可调超表面技术领域，具体涉及一种可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜。

背景技术

近年来，人们基于梯度超表面（GMS）发现了广义Snell折射/反射定律，开辟了控制电磁波和光的全新途径和领域，正在推动新一轮技术革新，GMS也因此成为异向介质新的分枝和研究热点。相对于较为成熟的均匀超表面，GMS是基于相位突变思想设计的一种二维梯度结构，可对电磁波的激发、极化和传输进行灵活控制，实现奇异折射/反射、极化旋转以及非对称传输等奇异功能，具有更加强大的电磁波调控能力，在隐身表面、共形天线、数字编码、平板印刷等方面显示了巨大的潜在应用价值，成为各国抢夺的一个学科制高点和学科前沿。尽管如此，以往GMS一旦工作频率改变，要想得到同样的电磁特性必须重新设计结构参数，效率低、可复用性差，且目前对于可调超表面的研究也仅局限于均匀超表面，至今还未见关于可调梯度超表面（Tunable GMS，TGMS）的公开报道。

微带反射阵/透射阵天线由于其剖面低、重量轻、体积小、增益高而广泛应用于卫星通讯，然而微带阵天线有两大瓶颈亟待解决和突破。一是无源微带阵单元工作于谐振频率附近，相位随频率变化剧烈，呈现强色散关系，在偏离中心工作频率时，抛物梯度遭到破坏，微带阵焦距随频率偏移不断变化，天线增益急剧下降，天线工作频率较窄；二是特定频率处，微带阵的结构参数一旦固定天线的焦距和辐射性能不能被任意调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决现有微带阵天线两大瓶颈的可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜。

本发明提出的基于可调梯度超表面的抛物线梯度相位修正方法，具体步骤为（见图1）：

第一步：根据实际需要预先给定透镜焦距F、口径D、单元周期p_i和初始工作频率f₀。透镜上的相位分布是关于和的函数：，这里为透镜的工作频率，为第个TGMS单元在透镜口径上的位置坐标，为工作频率处的波长；

并通过F、D、p_i和f₀确定单元数目N和透镜的初始抛物相位梯度φ_i^j0，根据实际单元结构确定初始电容C_i^j0。具体通过确定TGMS单元数目，通过确定φ_i^j0，通过仿真软件CST计算出实际TGMS结构单元的相位值，并根据透镜的初始抛物相位梯度φ_i^j0确定初始电容C_i^j0。