[发明专利]一种3D打印线极化转圆极化扫描天线

权利要求书

1.一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于，包括：从上到下依次同轴线排布且互不接触的相位梯度超表面、线极化转圆极化超表面透镜和馈源喇叭天线；所述相位梯度超表面和所述线极化转圆极化超表面透镜沿相同轴线以相反方向旋转，以进行波束扫描；

所述相位梯度超表面包括沿两个维度方向周期性排布且高度相等的若干外层金属罩体，所述外层金属罩体的内部容纳有介质柱；所述外层金属罩体沿其中一个维度方向上的不同位置处的介质柱高度相同，沿另一个维度方向上的相邻介质柱之间的高度呈梯度分布，以使入射的平面波偏转；

所述线极化转圆极化超表面透镜包括在同一水平面内呈网格状排布且高度相等的若干十字形柱状结构，相邻两个十字形柱状结构相互连接，每个十字形柱状结构由长度相等的第一矩形柱和第二矩形柱在中心点处垂直交叉连接形成；

所述馈源喇叭天线用于发射电磁波，所述馈源喇叭天线的相位中心位于所述线极化转圆极化超表面透镜的焦点上。

2.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：呈梯度分布的介质柱高度根据单位周期的相位梯度确定，其中，单位周期的相位梯度根据预先获取的天线波束传播方向的偏转角度确定。

3.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：所述外层金属罩体采用由3D打印成型和镀膜结合的方式制成；

所述外层金属罩体采用磁控溅射的方式镀膜，形成附着在外层金属罩体外表面上的金属镀膜，所述金属镀膜由内向外分别为铬层和金属层。

4.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：所述外层金属罩体为正六边形结构体；

所述介质柱的高度由0到所述外层金属罩体的高度范围内变化。

5.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：不同位置上的十字形柱状结构的尺寸根据与十字形柱状结构的各个变尺寸对应的传输相位和各个位置在两个维度方向极化的理想相位确定，所述十字形柱状结构的变尺寸包括第一矩形柱的短边宽度、第二矩形柱的短边宽度和第二矩形柱的高度；

其中，所述理想相位的计算公式为：

式中，表示x方向的理想相位；k表示电磁波自由空间中的电磁波波数；x_r表示任意位置上的十字形柱状结构到中心点的x方向距离；y_r表示任意位置上的十字形柱状结构到中心点的y方向距离；F表示线极化转圆极化超表面透镜的设计焦距；θ表示波束偏转角度；x_rsin(θ)表示线极化转圆极化超表面透镜的相位梯度；表示y方向的理想相位。

6.如权利要求5所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：第一矩形柱和第二矩形柱的短边宽度均在预设的短边宽度范围内变化；

第一矩形柱的高度固定且等于所述十字形柱状结构的高度；

第二矩形柱的高度变化范围为矩形柱预设高度范围，所述矩形柱预设高度范围为从预设的最小矩形柱高度到所述十字形柱状结构的高度。

7.如权利要求6所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：所述预设的短边宽度范围为0.3mm～1.8mm。

8.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：所述十字形柱状结构通过3D打印成型。

9.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：所述相位梯度超表面的最大直径为60mm，高度为4mm；

所述相位梯度超表面采用的介质材料为高温树脂。

10.如权利要求1所述的一种3D打印线极化转圆极化扫描天线，其特征在于：所述线极化转圆极化超表面透镜的最大直径60mm，高度为8mm；

所述线极化转圆极化超表面透镜采用的材料为高温树脂。