[发明专利]基于超表面的凸面共形卡塞格伦涡旋场天线

权利要求书

1.一种基于超表面的凸面共形卡塞格伦涡旋场天线，包括载体(1)、主反射镜(2)、副反射镜(3)、馈源(4)和支撑结构(5)，主反射镜(2)与载体(1)共形,馈源(4)采用角锥喇叭天线，支撑结构(5)由四根硬质塑料棍组成，每根塑料棍分别连接主反射面(2)和副反射面(3)的同侧端点，其特征在于：

载体(1)采用凸面结构；主反射镜(2)采用基于广义斯涅尔定律构建的相位突变凸面超表面结构；副反射镜(3)采用基于广义斯涅尔定律构建的双曲特性相位突变超表面结构；

所述主反射镜(2)，包括主介质层(21)、主反射层(22)和主相位调控层(23)，该主相位调控层(23)由m×n个均匀排布的主金属环微结构(231)组成，且每个主金属环微结构(231)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)采用凸面结构，该凸面结构为抛物线平移后形成的凸状抛物面柱形结构，且沿柱形表面母线的垂直方向从中心到两侧边缘向下弯曲，弯曲程度遵从开口向下的抛物面方程，中心厚度大于边缘厚度。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：主反射镜(2)与载体(1)的共形，为中心镂空结构，且镂空横截面大小与角锥喇叭天线波导部分的截面大小相同，镂空位置安装馈源(4)。

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

5.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_i1和相位补偿数值Φ(x,y,z)决定：

其中dΦ＝k(sinθ_i1-sinθ_r1)dr表示Φ(x,y,z)对r的导数，其中θ_i1为入射电磁波相对于主反射镜(2)的入射角，θ_r1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)的焦距，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；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轴沿柱面母线方向，z轴与x轴和y轴垂直；

所有主金属环微结构(231)，从中心到边缘的相位梯度逐渐变大。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：所述副反射镜(3)为正方形结构，包括副介质层(31)、副反射层(32)和副相位调控层(33)；该副介质层(31)上表面印制副反射层(32)，下表面印制副相位调控层(33)。