[发明专利]基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线

权利要求书

1.一种基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线，其特征在于：包括主透射镜(1)、副反射镜(2)、支撑结构(3)和馈源(4)，其中：

所述主透射镜(1)，包括M×N个周期性排布的第一超表面单元(11)，M≥8，N≥8；所述第一超表面单元(11)包括上下层叠的第一介质基板(111)和第二介质基板(112)；所述第一介质基板(111)的上表面印制有中心蚀刻C型缝隙的第一圆形金属贴片(1111)，该第一圆形金属贴片(1111)的任意一条直径与圆周的两个交汇点位置各蚀刻一个矩形缺口，每个第一圆形金属贴片(1111)绕着其中心轴线旋转，旋转方向根据该第一圆形金属贴片(1111)所在位置的相位补偿值Φ_M(x₁,y₁)确定，用于实现圆极化涡旋波特性；所述第二介质基板(112)的上表面印制有蚀刻漏波缝隙的金属贴片(1121)，下表面印制有中心蚀刻C型缝隙的第二圆形金属贴片(1122)；所述第一介质基板(111)上表面印制的第一圆形金属贴片(1111)与其在第二介质基板(112)下表面对应位置印制的第二圆形金属贴片(1122)通过金属化过孔(113)连接；

所述副反射镜(2)，包括P×Q个周期性排布的第二超表面单元(21)，P≤M，Q≤N，且中心镂空；所述第二超表面单元(21)，包括第三介质基板(211)、印制在第三介质基板(211)上表面的双开口环形金属贴片(212)和下表面的金属地板(213)，所述双开口环形金属贴片(212)的开口尺寸通过其所在位置的相位补偿值Φ_S(x₂,y₂)确定，Φ_S(x₂,y₂)的计算公式为：

其中k为自由空间中的波数，x₂和y₂分别双开口环形金属贴片(212)的中心坐标，f₁为主透射镜(1)的焦距，Φ₀为任意常数相位值；

所述主透射镜(1)中第一超表面单元(11)包含的第二介质基板(112)的下表面面向副反射镜(2)一侧；所述副反射镜(2)通过非金属材料的支撑结构(3)固定在主透射镜(1)的四分之一焦距位置；所述馈源(4)固定在副反射镜(2)的中心镂空位置，且该馈源(4)的相位中心位于副反射镜(2)的中心位置。

2.根据权利要求1所述基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线，其特征在于：所述主透射镜(1)与副反射镜(2)的中心法线重合。

3.根据权利要求1所述基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线，其特征在于：所述第一圆形金属贴片(1111)中心蚀刻的C型缝隙，与第二圆形金属贴片(1122)中心蚀刻的C型缝隙的结构相同，且C型缝隙中心位于其所在的圆形金属贴片的中心法线上。

4.根据权利要求1所述基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线，其特征在于：所述双开口环形金属贴片(212)，包括第一方形环金属贴片(2122)和嵌套在其内的第二方形环金属贴片(2121)，该两个方形环金属贴片的一对对角上设置有开口，另一对对角通过矩形金属条(2123)连接。

5.根据权利要求1所述基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线，其特征在于：所述馈源(4)，采用矩形喇叭天线结构。

6.根据权利要求1所述基于超表面的低剖面圆极化涡旋波折叠透射阵天线，其特征在于：所述第一圆形金属贴片(1111)所在位置的相位补偿值Φ_M(x₁,y₁)的计算公式为：

其中k为自由空间中的波数，x₁和y₁分别为第一圆形金属贴片(1111)的中心坐标，f₁为主透射镜(1)的焦距，l为涡旋波的模式，Φ₀为任意常数相位值。