[发明专利]一种极化可重构的涡旋多波束超表面卡塞格伦天线

说明书

本发明公开一种极化可重构的涡旋多波束超表面卡塞格伦天线，包括各向异性超表面主反射镜、有源超表面副反射镜、支撑结构和馈源，实现了各向异性超表面主反射镜和极化转换有源超表面副反射面的融合设计。本发明通过调节有源超表面副反射镜上变容二极管电容值的大小，产生不同极化状态的电磁波激励各向异性超表面主反射镜，使涡旋多波束超表面天线每个波束的极化方式可重构，实现了单一信道内不同极化方式涡旋波束之间的复用，增大现有涡旋多波束超表面天线的通信容量。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及天线技术领域中的一种极化可重构的涡旋多波束超表面卡塞格伦天线。本发明可用于通信领域中的基站接收天线。

技术背景

涡旋波由于其不同模态之间具有良好正交性，可形成大量同频复用通道，极大地提高了通信容量。

基于广义斯涅耳定律构建的相位突变超表面，通过调节超表面单元间的相位梯度可以激发出涡旋电磁波，且结构简单，易于加工。

利用单个天线产生多个波束，可以在空间中形成多个信道，极大地提高了天线的通信覆盖范围，且不同波束的极化方式不同时，可以增加不同信道间的隔离度，避免造成信号串扰。

东南大学在其申请的专利文献“一种极化可控的涡旋多波束超材料反射阵及其设计方法”(申请号：CN201811097059.1，申请公开号：CN109193168A)公布了一种多波束涡旋场超表面天线。该天线由各向异性超表面反射镜和馈源波导构成，通过调节超表面单元在主极化方向和交叉极化方向贴片的尺寸来改变两个方向间的反射相位差，使波束具有特定的极化方式，其可以产生多个指向，模态值和极化方式不同的涡旋波束。该天线存在的不足之处是，一旦天线结构确定，每个涡旋波束的极化方式也随之固定，在同一信道内无法复用不同极化的涡旋波束，信道通信容量受到限制。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于超表面的平面卡塞格伦涡旋场天线”(申请号：CN201810584407.1，申请公开号：CN108832311A)中公布了一种基于超表面的平面卡塞格伦涡旋场天线。该天线主要由基于超表面主反射镜、副反射镜和置于主反射镜中央的馈源构成，其通过调节主反射镜超表面单元的相位梯度可以产生单个涡旋波束。该天线存在的不足之处是，只可以产生单个涡旋波束，无法形成多个信道，通信覆盖范围受到限制。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种极化可重构的涡旋多波束超表面卡塞格伦天线，用于解决涡旋多波束超表面天线通信容量低，所占空间较大的问题。

实现本发明目的的思路是：本发明通过对各向异性超表面主反射镜和极化转换有源超表面反射面的融合设计，实现一种极化可重构的涡旋多波束超表面卡塞格伦天线。通过调节有源超表面副反射镜上变容二极管电容值的大小，产生不同极化状态的电磁波激励各向异性超表面主反射镜，实现涡旋多波束超表面天线波束极化方式的可重构。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：