[发明专利]基于超表面的凸面共形卡塞格伦天线

权利要求书

1.一种基于超表面的凸面共形卡塞格伦天线，包括载体(1)、主反射镜(2)、副反射镜(3)、馈源(4)和支撑结构(5)，主反射镜(2)与载体(1)共形,馈源(4)采用角锥喇叭天线，支撑结构(5)由四根硬质塑料棍组成，每根塑料棍分别连接主反射面(2)和副反射面(3)的同侧端点；其特征在于：

载体(1)采用凸面结构；主反射镜(2)采用基于广义斯涅尔定律构建的抛物特性相位突变超表面结构；副反射镜(3)采用基于广义斯涅尔定律构建的双曲特性相位突变超表面结构，副反射镜(3)位于主反射镜(2)的焦点下方；

所述副反射镜(3)，包括副介质层(31)、副反射层(32)和副相位调控层(33)，该副相位调控层(33)由i行j列的二维均匀排布副金属环微结构(331)组成，且每个副金属环微结构的散射参数相位不同，用于实现将馈源(4)发射的电磁波发散为以副反射镜(3)的虚焦点为相位中心的球面波，i≥4，j≥4；

所述主反射镜(2)为凸面结构，包括主介质层(21)、主反射层(22)和主相位调控层(23)，该主反射层(22)印制在主介质层(21)的下表面，主相位调控层(23)印制在主介质层(21)的上表面；

所述主相位调控层(23)由m×n个均匀排布的主金属环微结构(231)组成，m≥12，n≥12；

每个主金属环微结构(231)的尺寸由其所在位置的电磁波入射角和散射参数相位决定；以主反射镜(2)上表面中心为坐标原点建立笛卡尔坐标系，x轴沿柱面弯曲方向，y轴沿柱面母线方向，z轴与x轴和y轴垂直；

每个主金属环微结构(231)的所在位置散射参数相位计算如下：

其中dΦ＝k(sinθ_i-sinθ_r)dr表示Φ(x,y,z)对r的导数，其中θ_i为入射电磁波相对于主反射镜(2)的入射角，θ_r为反射电磁波相对于主反射镜(2)的反射角，k为电磁波传播常数，f为主反射镜(2)焦距，Φ₀为任意常数相位值；

所有主金属环微结构(231)，按中心对称分布，从中心到边缘的相位梯度逐渐变大。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：载体(1)采用的凸面结构为凸状抛物面柱形结构，且沿柱形表面母线的垂直方向从中心到两侧边缘向下弯曲，弯曲程度遵从开口向下的抛物面方程，中心厚度大于边缘厚度。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：主反射镜(2)与载体(1)的共形，为中心镂空结构，且镂空横截面大小与角锥喇叭天线波导部分的截面大小相同，镂空位置安装馈源(4)。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述副介质层(31)为正方形，其上表面印制副反射层(32)，其下表面印制副相位调控层(33)。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：每个副金属环微结构(331)的相位，其计算如下：

其中，Φ(x,y)表示副金属环微结构(331)的散射参数相位，dΦ＝k(sinθ_i-sinθ_r)dr表示Φ(x,y)对r的导数，其中θ_i为入射电磁波相对于副反射镜(3)的入射角，θ_r为反射电磁波相对于副反射镜(3)的反射角，k为电磁波传播常数，l为馈源(4)的相位中心与副相位调控层(33)之间的距离，L_h为馈源(4)的相位中心与主相位调控层(23)中心之间的距离；l+L_h为副相位调控层(33)与主相位调控层(23)之间的距离，该距离与每个副金属环微结构(331)的z轴坐标值相等，即固定坐标数值z＝l+L_h；f为主反射镜(2)的焦距，且满足fl+L_h，Φ₀为任意常数相位值；

所有副金属环微结构(331)，从中心到边缘的相位梯度逐渐变小。