[发明专利]一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线

权利要求书

1.一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，其特征在于：包括平行平板波导(1)、V字形反射超表面结构(2)和馈源(3)；所述V字形反射超表面结构(2)固定在平行平板波导(1)的两块金属板之间，该V字形反射超表面结构(2)两个臂的末端各连接一个透射超表面结构(4)，形成V字形夹角超表面结构；所述馈源(3)固定在所述V字形夹角超表面结构所形成的夹角范围内，且该馈源(3)波端口位于V字形夹角超表面结构口径面的外侧，其中：

所述V字形反射超表面结构(2)，包括板面与平行平板波导(1)的两块金属板垂直的V字形基质板(21)，该V字形基质板(21)两个臂面向馈源(3)的侧面上各印制有由多个周期性排布的谐振环(22)组成的面阵结构，另一个侧面上印制有金属底板(23)；

所述透射超表面结构(4)，包括板面与平行平板波导(1)的两块金属板垂直的多块相互平行的矩形基质板(41)，且与V字形反射超表面结构(2)两个臂的末端连接的一块矩形基质板的板面与所连接的臂的板面平行，所述矩形基质板(41)面向馈源(3)的侧面上印制有金属贴片，该金属贴片上蚀刻有多个周期性排布的缝隙环(42)；

所述谐振环(22)和缝隙环(42)的尺寸，是通过各自所在位置的坐标值，以及馈源(3)所在位置的坐标值和电磁波入射角度确定。

2.根据权利要求1所述的一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，其特征在于：所述多块相互平行的矩形基质板(41)，位于距离馈源最近一侧的矩形基质板与V字形反射超表面结构(2)两个臂的末端连接，且两两矩形基质板之间的间距相等。

3.根据权利要求1所述的一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，其特征在于：所述平行平板波导(1)，其两块金属板内板面之间的距离尺寸，与V字形基质板(21)和矩形基质板(41)的高度尺寸相等。

4.根据权利要求1所述的一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，其特征在于：所述馈源(3)，其相位中心位于V字形夹角超表面结构的中心轴线上。

5.根据权利要求1所述的一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，其特征在于：所述谐振环(22)，采用矩形金属环结构，其相位补偿φ₁是通过调节金属环的外径宽度尺寸W₁、外径长度尺寸L₁＝2×W₁和环宽尺寸D₁实现的，其相位补偿φ₁的计算公式为：

其中，k是自由空间中波数，θ是V字形夹角超表面结构的夹角，是任意相位常数,Δri为馈源的相位中心到两相邻谐振环中心的距离差，其计算公式为：

其中，xi和yi分别为第i个谐振环中心在x和y方向上到馈源相位中心的距离，q为两相邻谐振环中心之间的距离。

6.根据权利要求1所述的一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，其特征在于：所述缝隙环(42)，采用矩形缝隙环结构，其相位补偿φ₂是通过调节缝隙环的外径长度尺寸L₂、外径宽度尺寸W₂和环宽尺寸D₂实现的，其相位补偿φ₂的计算公式为：

其中，k是自由空间中波数，θ是V字形夹角超表面结构的夹角，θ₀是透射超表面结构所要实现的透射波束指向，是任意相位常数,Δrj为馈源相位中心到两相邻缝隙环中心的距离差，其计算公式为：

其中，xj和yj分别为第j个缝隙环中心在x和y方向上到馈源相位中心的距离，p为两相邻缝隙环之间的距离。

7.根据权利要求1所述的一种单反射双透射的三波束夹角超表面天线，其特征在于：所述馈源(3)，采用标准矩形波导结构，其外截面的高度尺寸与两块金属板内板面之间的距离尺寸相等，所述馈源(3)的相位中心位于波导口径面的中心位置，具体坐标通过计算机仿真实验参数优化确定，确定的原则为：调整馈源口径面中心位置与V字形夹角超表面结构顶点之间的距离，以满足馈源辐射的电磁波刚好全部照射入V字形夹角超表面结构，且没有能量外漏。