[發(fā)明專利]可調(diào)超表面的拋物線梯度相位修正方法及變/定焦距透鏡

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610056430.4
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105718692B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許河秀;梁建剛;王光明;蔡通
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.一種變/定焦距透鏡，是基于可調(diào)梯度超表面單元的，其特征在于所述可調(diào)梯度超表面單元，即TGMS單元，由上層主、副諧振器，中間介質(zhì)板以及下層金屬接地板三部分組成；其中，主諧振器為I型金屬結(jié)構(gòu)，由水平金屬條、垂直金屬條以及焊接于垂直金屬條開口之間的變?nèi)荻O管即變?nèi)莨芙M成；副諧振器由一對大小相同的金屬貼片組成；外加電壓通過水平金屬條饋電加在變?nèi)莨苌希黄渲校?Italic>w₁、h_i為I形金屬結(jié)構(gòu)的垂直金屬線寬度和長度，d₁、d₂為I形金屬結(jié)構(gòu)與貼片在x、y方向的間距，h為介質(zhì)板的厚度，d₃=h_i-2d₁為貼片的高度，w₃為貼片的寬度，C_t為變?nèi)莨艿目傠娙荩?Italic>p_x、p_y為TGMS單元在x和y方向的周期長度，w₂為水平偏置線的寬度且滿足w₂<w₁；工作時(shí)，平面電磁波沿-z方向垂直入射到TGMS單元上，電場沿x軸方向激勵；受外界電、磁場驅(qū)動，主、副諧振器分別與接地板之間形成特定頻率下的磁諧振；I形金屬結(jié)構(gòu)中線寬很窄的水平金屬條用于提供高電抗值，發(fā)揮直流偏置功能，防止高頻微波信號進(jìn)入直流源而對直流偏壓沒有影響，從而提高電路的穩(wěn)定性；

根據(jù)拋物相位梯度分布，所述的變/定焦距透鏡由2N_x*N_y個(gè)上述TGMS單元延拓組成，2N_x為X軸方向上的TGMS單元數(shù)，N_y為Y軸方向上的TGMS單元數(shù)，且透鏡上TGMS單元結(jié)構(gòu)沿x軸關(guān)于原點(diǎn)對稱，這里N_x通過確定，N_y滿足，為透鏡的工作頻率處的波長，對沿X軸和-X軸的N_x列TGMS單元分別依次施加電壓VN_x，VN_x-1 …V₂，V₁，這里所加電壓根據(jù)拋物線梯度相位修正方法確定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變/定焦距透鏡，其特征在于透鏡的工作頻率選擇在所有TGMS單元的頻率調(diào)控范圍內(nèi)，即由透鏡上各單元的公共頻率調(diào)控范圍決定，初始拋物梯度在給定初始電容C_i^j0的情形下通過調(diào)整N_x個(gè)TGMS單元的尺寸h_i實(shí)現(xiàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變/定焦距透鏡，其特征在于選取N_x=6，N_y=9；即透鏡沿x和-x軸分別由六個(gè)h_i不同的TGMS單元由大到小順序排列組成，h_i依次為10.5，10.1，9.52，8.7，7.36和5.5mm；六個(gè)單元所加電壓依次為V₆、V₅、V₄、V₃、V₂和V₁；透鏡每列TGMS單元的h_i大小相同。

4.關(guān)于權(quán)利要求1所述的變/定焦距透鏡的拋物線梯度相位修正方法，其特征在于具體步驟如下：

第一步：根據(jù)實(shí)際需要預(yù)先給定透鏡焦距F、口徑D、單元周期p_i和初始工作頻率f₀；透鏡上的相位分布是關(guān)于和的函數(shù)：，這里為透鏡的工作頻率，為第個(gè)TGMS單元在透鏡口徑上的位置坐標(biāo)，為工作頻率處的波長；

通過確定TGMS單元數(shù)目，通過確定φ_i^j0，通過仿真軟件CST計(jì)算出實(shí)際TGMS結(jié)構(gòu)單元的相位值，并根據(jù)透鏡的初始拋物相位梯度φ_i^j0確定初始電容C_i^j0；

第二步：對N個(gè)單元的反射相位依次進(jìn)行掃描仿真，保持其它參數(shù)不變，掃描不同電容C_t對應(yīng)的相位分布，得到N個(gè)單元在不同頻率下的電容-相位分布，即C–φ分布；

第三步：根據(jù)C–φ，并通過尋根算法得到不同頻率處N單元所需電容C_i^j，以某單元在特定頻率和C_i^j0情形下的反射相位為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過對C–φ分布進(jìn)行三次樣條插值，得到該情形下滿足拋物相位梯度時(shí)其余N-1個(gè)單元的實(shí)際φ_i^j/C_i^j組合，這里i表示單元數(shù)，j表示組號即觀察頻率數(shù)；

若各單元得到的C_i^j均在變?nèi)莨芸蛇_(dá)到的電容范圍內(nèi)，則記錄C_i^j的電容值，改變初始電容C_i^j0，重復(fù)循環(huán)上述步驟直至C_i^j0遍歷電容范圍內(nèi)所有值，記錄所有可能的C_i^j組合，選擇電容跨越范圍最小的一組以保證最優(yōu)梯度工作帶寬；若C_i^j0遍歷所有值后均不能找到滿足要求的一組參數(shù)，則結(jié)束掃描且該頻率為滿足拋物梯度的邊界工作頻率，若該頻率處找到一組最優(yōu)解則重復(fù)循環(huán)上述步驟運(yùn)算下一頻率j+1，找到所有頻率處滿足要求的φ_i^j/C_i^j組合；

第四步，根據(jù)獲得的電容C_i^j組合并通過變?nèi)莨艿碾娙?電壓分布，即C-V分布，反推獲得電壓組合V_i^j，并對C-V曲線進(jìn)行插值計(jì)算，精確獲得各頻率處所需的電壓組合V_i。