[發明專利]基于超表面的凸面共形渦旋場反射面天線

有效

• 申請號: 201810584514.4
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108963461B
• 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

本發明公開了一種基于超表面的凸面共形渦旋場反射面天線，主要解決現有相位補償誤差大，輻射增益低，結構復雜，難以實現渦旋場反射面天線在凸型載體共形加載的問題。其包括載體(1)、主反射鏡(2)、饋源(3)和支撐結構(4)，載體采用凸面結構，主反射鏡與載體共形，主反射鏡為凸面結構，該主反射鏡包括主介質層、主反射層和主相位調控層，該主相位調控層由多個均勻排布，且按螺旋狀整體分布的主金屬環微結構組成，用于產生渦旋電磁波，支撐結構用于固定饋源。本發明能實現凸面渦旋場反射面天線與凸面載體的共形加載,高效激發渦旋電磁波，同時降低天線相位補償誤差，簡化結構，可用于通信和雷達。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種渦旋場反射面天線，可用于成像和通信。

技術背景

渦旋電磁波由于其自身攜帶連續變化的角度信息，一個渦旋場天線就能實現對目標的多角度照射，所以在SAR成像領域，能替代多個發射源對同一目標從不同角度進行探測，從而獲得更高分辨率和更好信噪比的三維成像圖，顯著減少了系統的成本和復雜度，因此渦旋電磁波在SAR成像領域具有很高的潛在應用價值。另一方面，渦旋電磁波因其不同模態之間具有良好正交性，能形成大量同頻復用通道，應用于通信領域時能極大提高頻譜利用率和通信容量，可以滿足日益增長的通信容量需求，因此成為人們研究的重點。

在渦旋場天線的應用場景中，如何激發出具有良好定向性和高質量螺旋狀相位分布的渦旋電磁波是其中的關鍵環節。現有渦旋場天線的主反射面多采用傳統凹形拋物面和平面結構，難以在臨近空間飛行器的凸形表面上實現共形加載，并完成對地觀測。若把主反射面替換為傳統凸形拋物面，則饋源發射出的所有電磁波經凸面鏡反射后，反射波傳播方向遠離饋源和凸面鏡中心連線方向，無法在天線口徑面上得到垂直于口徑面傳播的電磁波，因此傳統凸面鏡不適合構建用于發射渦旋電磁波的渦旋場反射面天線主反射面。

現有研究如中國專利，申請公布號為CN 105870604A，名稱為“一種基于相位梯度超表面產生微波軌道角動量的陣列天線”的發明，公開了一種渦旋場天線，該陣列天線由多個相移單元組成，該相移單元由介質板，金屬環和金屬管組成，該陣列天線通過將所有相移單元按45°角劃分為八個部分，利用各部分之間的饋電相位差產生渦旋電磁波。這種天線雖在一定程度上實現渦旋電磁場的激發，但其存在諸多不足之處：第一，該陣列天線為平面結構，無法在空間飛行器等凸型表面上加載；第二，該陣列天線的相移單元只劃分為八個部分，相鄰部分之間相位梯度大，無法產生高質量螺旋相位分布的渦旋電磁波；第三，該陣列天線相移單元結構復雜，加工精度要求高，不易于生產加工。

發明內容

本發明目的在于克服上述現有技術存在的不足，提出一種基于超表面的凸面共形渦旋場反射面天線，以減小相位補償誤差，簡化天線結構，實現在凸型表面上共形加載。

為實現上述目的，本發明基于超表面的凸面共形渦旋場反射面天線包括：

載體1、主反射鏡2、饋源3和支撐結構4，主反射鏡2與載體1共形,饋源3采用角錐喇叭天線，支撐結構4由四根硬質塑料棍組成，用于固定饋源3。

所述載體1采用凸面結構；

所述主反射鏡2采用基于廣義斯涅爾定律構建的相位突變凸面超表面結構，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，且每個主金屬環微結構231的相位補償數值不同，所有主金屬環微結構231按螺旋狀整體分布，用于產生渦旋電磁波，m≥12，n≥12。

作為優選，所述載體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。

作為優選，所述主介質層21為凸面結構，主相位調控層23印制在主介質層21的上表面，主反射層22印制在主介質層21的下表面；