[发明专利]基于超表面的透射型卡塞格伦天线

权利要求书

1.一种基于超表面的透射型卡塞格伦天线，包括平行平板波导(1)，以及固定在平行平板波导(1)两个金属平板之间的副反射镜(2)和馈源(3)；所述副反射镜(2)包括第一长方形介质基板(21)，该介质基板的板面与平行平板波导(1)的两个金属平板垂直，其一个侧面印制有由M×N个均匀排列的环形金属贴片(22)组成的超表面，M≥1，N≥6，另一侧面印制有金属底板(23)；所述馈源(3)采用矩形喇叭天线结构，位于副反射镜(2)印制环形金属贴片(22)的一侧，其喇叭辐射口与第一长方形介质基板(21)的板面平行；所述馈源(3)的波导两侧各固定有一个主透射镜(4)；

其特征在于：

所述环形金属贴片(22)的尺寸由其所在位置的电磁波入射角和散射参数相位决定，实现类似双曲面对电磁波的相位补偿特性；

所述主透射镜(4)采用由X个相互层叠的第二长方形介质基板(41)组成的介质层结构，该介质层结构的板面与第一长方形介质基板(21)的板面平行，X≥2且为偶数，其中距离第一长方形介质基板(21)最近的一块为奇数位置的第一块介质基板，各奇数位置第二长方形介质基板(41)面向第一长方形介质基板(21)的侧面上印制有金属贴片，金属贴片上蚀刻有由Y×Z个均匀排列的环形缝隙(42)组成的超表面，偶数位置的介质基板面向第一长方形介质基板(21)的侧面上印制有由Y×Z个均匀排列的金属条带(43)组成的超表面，且距离第一长方形介质基板(21)最远的第二长方形介质基板(41)背向第一长方形介质基板(21)的侧面上印制有金属贴片，金属贴片上蚀刻有由Y×Z个均匀排列的环形缝隙(42)组成的超表面，Y≥1，Z≥20；所述环形缝隙(42)的尺寸由其所在位置的电磁波入射角和散射参数相位决定，实现类似抛物面对电磁波的相位补偿特性；

所述副反射镜(2)和主透射镜(4)的相位补偿均采用广义斯涅尔定理实现。

2.根据权利要求1所述的基于超表面的透射型卡塞格伦天线，其特征在于：所述环形金属贴片(22)，采用矩形环结构，其一条对边的连线垂直于平行平板波导(1)的两块金属板，其所在位置相位补偿数值满足如下公式：

其中，Φ(x)表示副反射镜上的相位补偿数值，dΦ＝k(sinθ_i-sinθ_r)dx表示Φ(x)对x的导数，θ_i(x,y)＝arctan(x/l)为入射电磁波相对于副反射镜的入射角，θ_r(x,y)＝arctan(x/f-l)为反射电磁波相对于副反射镜的反射角，x为每个环形金属贴片的位置，f为主透射镜焦距，l为副反射镜与主透射镜之间的距离，且满足f>l，k为电磁波传播常数，Φ₀为任意常数相位值。

3.根据权利要求1所述的基于超表面的透射型卡塞格伦天线，其特征在于：所述环形缝隙(42)，采用矩形缝隙结构，其一条对边的连线垂直于平行平板波导(1)的两块金属板，其所在位置相位补偿数值满足如下公式：

其中，Φ(x)表示主透射镜上的相位补偿数值，dΦ＝k(sinθ_t-sinθ_i)dx表示Φ(x)对x的导数，θ_i(x)＝arctan(x/f)为入射电磁波相对于主透射镜的入射角，θ_t(x)＝0为透射电磁波相对于主透射镜的透射角，x为每个环形缝隙的位置，f为主透射镜焦距，k为电磁波传播常数，Φ(x)为任意常数相位值。

4.根据权利要求1所述的基于超表面的透射型卡塞格伦天线，其特征在于：所述馈源(3)，其喇叭辐射口所在平面的中心法线与副反射镜(2)的中心法线重合。

5.根据权利要求4所述的基于超表面的透射型卡塞格伦天线，其特征在于：所述位于波导两侧的主透射镜(4)，关于矩形喇叭口所在平面的中心法线对称。