[發明專利]基于超表面的凸面共形卡塞格倫天線

有效

• 申請號: 201810584412.2
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108808249B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 楊銳;高東興;高鳴;李冬;張澳芳;李佳成
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q13/02
• 分類號: H01Q13/02;H01Q15/00;H01Q15/14;H01Q15/16;H01Q19/19
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于超表面的凸面共形卡塞格倫天線，包括載體(1)、主反射鏡(2)、副反射鏡(3)、饋源(4)和支撐結構(5)，主反射鏡(2)與載體(1)共形,饋源(4)采用角錐喇叭天線，支撐結構(5)由四根硬質塑料棍組成，每根塑料棍分別連接主反射面(2)和副反射面(3)的同側端點；其特征在于：

載體(1)采用凸面結構；主反射鏡(2)采用基于廣義斯涅爾定律構建的拋物特性相位突變超表面結構；副反射鏡(3)采用基于廣義斯涅爾定律構建的雙曲特性相位突變超表面結構，副反射鏡(3)位于主反射鏡(2)的焦點下方；

所述副反射鏡(3)，包括副介質層(31)、副反射層(32)和副相位調控層(33)，該副相位調控層(33)由i行j列的二維均勻排布副金屬環微結構(331)組成，且每個副金屬環微結構的散射參數相位不同，用于實現將饋源(4)發射的電磁波發散為以副反射鏡(3)的虛焦點為相位中心的球面波，i≥4，j≥4；

所述主反射鏡(2)為凸面結構，包括主介質層(21)、主反射層(22)和主相位調控層(23)，該主反射層(22)印制在主介質層(21)的下表面，主相位調控層(23)印制在主介質層(21)的上表面；

所述主相位調控層(23)由m×n個均勻排布的主金屬環微結構(231)組成，m≥12，n≥12；

每個主金屬環微結構(231)的尺寸由其所在位置的電磁波入射角和散射參數相位決定；以主反射鏡(2)上表面中心為坐標原點建立笛卡爾坐標系，x軸沿柱面彎曲方向，y軸沿柱面母線方向，z軸與x軸和y軸垂直；

每個主金屬環微結構(231)的所在位置散射參數相位計算如下：

其中dΦ＝k(sinθ_i-sinθ_r)dr表示Φ(x,y,z)對r的導數，其中θ_i為入射電磁波相對于主反射鏡(2)的入射角，θ_r為反射電磁波相對于主反射鏡(2)的反射角，k為電磁波傳播常數，f為主反射鏡(2)焦距，Φ₀為任意常數相位值；

所有主金屬環微結構(231)，按中心對稱分布，從中心到邊緣的相位梯度逐漸變大。

2.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：載體(1)采用的凸面結構為凸狀拋物面柱形結構，且沿柱形表面母線的垂直方向從中心到兩側邊緣向下彎曲，彎曲程度遵從開口向下的拋物面方程，中心厚度大于邊緣厚度。

3.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：主反射鏡(2)與載體(1)的共形，為中心鏤空結構，且鏤空橫截面大小與角錐喇叭天線波導部分的截面大小相同，鏤空位置安裝饋源(4)。

4.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：所述副介質層(31)為正方形，其上表面印制副反射層(32)，其下表面印制副相位調控層(33)。

5.根據權利要求1所述的天線，其特征在于：每個副金屬環微結構(331)的相位，其計算如下：

其中，Φ(x,y)表示副金屬環微結構(331)的散射參數相位，dΦ＝k(sinθ_i-sinθ_r)dr表示Φ(x,y)對r的導數，其中θ_i為入射電磁波相對于副反射鏡(3)的入射角，θ_r為反射電磁波相對于副反射鏡(3)的反射角，k為電磁波傳播常數，l為饋源(4)的相位中心與副相位調控層(33)之間的距離，L_h為饋源(4)的相位中心與主相位調控層(23)中心之間的距離；l+L_h為副相位調控層(33)與主相位調控層(23)之間的距離，該距離與每個副金屬環微結構(331)的z軸坐標值相等，即固定坐標數值z＝l+L_h；f為主反射鏡(2)的焦距，且滿足fl+L_h，Φ₀為任意常數相位值；

所有副金屬環微結構(331)，從中心到邊緣的相位梯度逐漸變小。