[發明專利]一種極化可重構的渦旋多波束超表面卡塞格倫天線

有效

• 申請號: 202010977256.3
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN111987473B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 楊銳;高鳴
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/14
• 分類號: H01Q15/14;H01Q15/24;H01Q1/12;H01Q1/38
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種極化可重構的渦旋多波束超表面卡塞格倫天線，包括各向異性超表面主反射鏡(1)、有源超表面副反射鏡(2)、支撐結構(3)和固定在各向異性超表面主反射鏡(1)中心位置的饋源(4)，其特征在于，有源超表面副反射鏡(2)和各向異性超表面主反射鏡(1)平行設置在支撐結構(3)兩端，有源超表面副反射鏡(2)的中心法線與各向異性超表面主反射鏡(1)的中心法線重合，饋源(4)的相位中心與有源超表面副反射鏡(2)的焦點重合；所述各向異性超表面主反射鏡(1)采用由M行N列個均勻排布的各向異性單元(11)組成的平面陣結構，M≥12,N≥12；每個各向異性單元包括第一介質層(111)、印制在第一介質層(111)一個側面的正交環貼片(112)和另一個側面的金屬地板(113)；每個正交環貼片(112)包括主極化矩形環(1121)和交叉極化矩形環(1122)，主極化矩形環(1121)和交叉極化矩形環(1122)分別沿各向異性單元(11)兩條相互垂直的邊分布，主極化矩形環(1121)和交叉極化矩形環(1122)的中心均與各向異性單元(11)上表面中心重合，主極化矩形環(1121)和交叉極化矩形環(1122)能夠分別針對主極化波和交叉極化波進行獨立調制；通過計算每個主極化矩形環(1121)和交叉極化矩形環(1122)的相位補償值后，再經過仿真實驗得到每個各向異性單元(11)中主極化矩形環(1121)和交叉極化矩形環(1122)相位值相對應的尺寸；所述有源超表面副反射鏡(2)采用由P×Q個相同的極化轉化單元(21)組成的平面陣結構，P≥4，Q≥4，每個極化轉化單元(21)包括第二介質層(211)、貼片結構(212)、兩條金屬帶線(213)、兩根金屬柱(214)、第三介質層(215)和金屬層(216)；所述第二介質層(211)上表面印制貼片結構(212)，下表面印制金屬帶線(213)；所述貼片結構(212)包括矩形金屬斜環(2121)和變容二極管(2122)，矩形金屬斜環(2121)沿第二介質層(211)上表面的主對角線分布,電容值可變的變容二極管(2122)嵌入矩形金屬斜環(2121)的兩條長邊中間的開口處，所述有源超表面副反射鏡(2)在變容二極管(2122)的V₁偏置電壓狀態產生右旋圓極化波，V₂偏置電壓狀態產生左旋圓極化波；所述金屬帶線(213)與極化轉化單元(21)的一邊平行，兩條金屬帶線(213)通過兩條金屬柱(214)分別與矩形金屬斜環(2121)的兩個短邊相連；所述第三介質層(215)下表面印制金屬層(216)。

2.根據權利要求1所述一種極化可重構的渦旋多波束超表面卡塞格倫天線，其各向異性超表面主反射鏡(1)相位補償值的公式如下：

其中，以uvw為坐標軸建立空間直角坐標系，u代表主極化方向，v代表交叉極化方向，坐標軸u和坐標軸v組成的平面平行于各向異性超表面主反射鏡(1)的上表面，坐標軸w垂直于坐標軸u和坐標軸v組成的平面，表示第m行第n列各向異性單元(11)中主極化矩形環(1121)的相位補償值，表示第m行第n列各向異性單元(11)中交叉極化矩形環(1122)的相位補償值，1≤m≤M，1≤n≤N，k₀表示自由空間中電磁波的波數，| |表示求絕對值操作，表示第m行第n列各向異性單元(11)的中心坐標，表示各向異性超表面主反射鏡(1)的焦點坐標，Arg表示求角度操作，∑表示求和操作，N表示渦旋多波束超表面天線產生的渦旋波束總數，N≥2，exp表示以自然對數e為底的指數操作，j表示虛數單位符號，l_p表示渦旋多波束超表面天線產生的第p個波束的模態值，表示第m行第n列各向異性單元(11)的方位角度，表示渦旋多波束超表面天線產生的第p個波束的指向，θ_p表示渦旋多波束超表面天線產生的第p個波束的俯仰角，表示渦旋多波束超表面天線產生的第p個波束的方位角，表示渦旋多波束超表面天線產生的第p個波束主極化方向的初始相位，表示渦旋多波束超表面天線產生的第p個波束交叉極化方向的初始相位。