[发明专利]基于超表面的涡旋场反射面天线

权利要求书

1.一种基于超表面的涡旋场反射面天线，包括载体(1)、主反射镜(2)、馈源(3)和支撑结构(4)，主反射镜(2)与载体(1)共形,馈源(3)采用角锥喇叭天线，支撑结构(4)由四根硬质塑料棍组成，用于固定馈源(3)；其特征在于：

所述载体(1)采用凹面结构；

所述主反射镜(2)采用基于广义斯涅尔定律构建的相位突变凹面超表面结构，其焦距小于载体(1)的几何焦距，用于缩短整体天线的焦距，降低整体天线的高度，该主反射镜包括主介质层(21)、主反射层(22)和主相位调控层(23)，且主相位调控层(23)由m×n个均匀排布的主金属环微结构(231)组成，每个主金属环微(231)结构的相位补偿数值不同，所有主金属环微结构(231)按螺旋状整体分布，用于产生涡旋电磁波，m≥12，n≥12。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：载体(1)采用的凹面结构为凹状抛物面柱形结构，且沿柱形表面母线的垂直方向从中心到两侧边缘向上弯曲，弯曲程度遵从开口向上的抛物面方程，中心厚度小于边缘厚度。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述主介质层(21)为凹面结构，其上表面印制主相位调控层(23)，下表面印制主反射层(22)。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：每个主金属环微结构(231)的尺寸由其所在位置的入射电磁波相对于主反射镜(2)的入射角θ_i和相位补偿数值Φ(x,y,z)决定；

每个主金属环微结构(231)的所在位置相位补偿数值Φ(x,y,z)计算如下：

其中，以主反射镜(2)上表面中心为坐标原点建立笛卡尔坐标系，x轴沿柱面弯曲方向，y轴柱面母线方向，z轴与x轴和y轴垂直；dΦ＝k(sinθ_i-sinθ_r)dr表示Φ(x,y,z)对r的导数，其中θ_i为入射电磁波相对于主反射镜(2)的入射角，θ_r为反射电磁波相对于主反射镜(2)的反射角，k为电磁波传播常数，f为主反射镜(2)焦距，M表示电磁涡旋的模态值，θ为涡旋角度，Φ₀为任意常数相位值；

所有主金属环微结构(231)，从中心到边缘的相位梯度逐渐变小。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述馈源(3)的角锥喇叭天线，分为波导部分和张角部分，且波导部分位于张角部分的上方，张角部分最下端开口面正对主反射镜(2)；馈源(3)的相位中心位于张角部分最下端开口面中心，该相位中心与主反射镜(2)的焦点重合。