[发明专利]一种可实现波束偏转的高功率模式转换超透镜天线

权利要求书

1.一种可实现波束偏转的高功率模式转换超透镜天线，其特征在于可实现波束偏转的高功率模式转换透镜由喇叭天线(1)、极化转换超透镜(2)、定位法兰盘(3)和模式转换超透镜(4)四部分构成，其中喇叭天线(1)为圆锥喇叭天线，由第一法兰盘(11)，圆锥喇叭(12)和第二法兰盘(13)组成；喇叭天线(1)一端通过第一法兰盘(11)与微波源相连作为输入端口，另一端通过第二法兰盘(13)与极化转换超透镜(2)的一面焊接，第一法兰盘(11)和第二法兰盘(13)分别与圆锥喇叭(12)的两端相连；极化转换超透镜(2)的另一面与定位法兰盘(3)一端焊接；定位法兰盘(3)一端与极化转换超透镜(2)焊接，另一端与模式转换超透镜(4)焊接；定义靠近微波源的一端即第一法兰盘(11)所在的端为输入端，定义远离微波源的一端即模式转换超透镜(4)所在的一端为输出端；喇叭天线(1)、极化转换超透镜(2)、定位法兰盘(3)和模式转换超透镜(4)共轴，中心轴线为OO’；

喇叭天线(1)的第一法兰盘(11)焊接在圆锥喇叭(12)输入端的外壁上，第二法兰盘(13)焊接在圆锥喇叭(12)输出端的外壁上；第一法兰盘(11)呈圆环状，其外直径为D₁，内直径为D₂，圆环厚度即轴向长度为t₁；圆锥喇叭(12)由圆波导(121)和圆锥波导(122)连接而成，其中圆波导(121)形状为一个圆筒，内直径等于D₂，轴向长度为t₂，波导壁厚为s；圆锥波导(122)与圆波导(121)相连一端的内直径等于D₂，远离圆波导(121)一端的内直径为D₃，轴向长度为l₁，波导壁厚等于s，D₃D₂；第二法兰盘(13)呈圆环状，其外直径为D₄，内直径等于D₃，第二法兰盘(13)圆环厚度即轴向长度等于t₁；

极化转换超透镜(2)整体呈圆盘状，其直径等于D₄，厚度为l₂；极化转换超透镜(2)由多个极化转换超透镜单元(21)以蜂窝状排列组合而成，令任意一个极化转换超透镜单元(21)的中心轴线为O₁O₁’，O₁O₁’与OO’平行；极化转换超透镜单元(21)中心钻有一个第一圆柱形通孔(211)，第一圆柱形通孔(211)半径为r，深度为l₂，第一圆柱形通孔(211)的中心轴线与O₁O₁’共轴；第一圆柱形通孔(211)内部有两个结构相同的弓形柱，分别为第一弓形柱(212)和第二弓形柱(213)，第一弓形柱(212)和第二弓形柱(213)分别通过第一支撑杆(214)和第二支撑杆(215)与第一圆柱形通孔(211)内壁连接，第一弓形柱(212)和第二弓形柱(213)关于O₁O₁’180°旋转对称；第一几何中心轴线O₂O₂’为经过第一弓形柱(212)矩形底面几何中心的垂线，O₂O₂’与O₁O₁’垂直；第一支撑杆(214)与第二支撑杆(215)为两个结构相同的扇环形柱，第一支撑杆(214)与第二支撑杆(215)关于O₁O₁’180°旋转对称；第一支撑杆(214)一个弧面与第一圆柱形通孔(211)内壁连接，另一个弧面与第一弓形柱(212)的弧面连接，在第一圆柱形通孔(211)内部支撑第一弓形柱(212)；第二支撑杆(215)一个弧面与第一圆柱形通孔(211)内壁连接，另一个弧面与第二弓形柱(213)的弧面连接，在第一圆柱形通孔(211)内部支撑第二弓形柱(213)；第一弓形柱(212)与第一支撑杆(214)长度均等于l₂；沿O₁O₁’方向，极化转换超透镜单元(21)在远离微波源的一端开有两个匹配槽，分别为第一出射匹配槽(216)及第二出射匹配槽(218)；极化转换超透镜单元(21)在靠近微波源的一端也开有两个匹配槽，分别为第一入射匹配槽(217)及第二入射匹配槽(219)；第一出射匹配槽(216)、第二出射匹配槽(218)、第一入射匹配槽(217)、第二入射匹配槽(219)结构相同，第一出射匹配槽(216)与第二出射匹配槽(218)关于O₁O₁’180°旋转对称，第一入射匹配槽(217)与第二入射匹配槽(219)关于O₁O₁’180°旋转对称，第一出射匹配槽(216)与第一入射匹配槽(217)关于O₂O₂’对称；

极化转换超透镜单元(21)的横截面为正六边形，边长为a；第一弓形柱(212)横截面为弓形，半径为r₀，弦长为d；第一支撑杆(214)横截面为扇环形，内径为r₀，外径为r，宽度为b；第一出射匹配槽(216)横截面为扇环形，内外环半径分别为r及r₁，槽宽为k；

极化转换超透镜单元(21)的横截面紧密排列成一个直径为D₄的圆形，定义极化转换超透镜(2)中心O₃处极化转换超透镜单元(21)在第0行第0列，极化转换超透镜(2)中心O₃上侧单元所处行数为正、下侧为负，右侧单元所处列数为正、左侧为负；以O₃为坐标原点建立x₁-y₁固定直角坐标系，x₁为坐标Q₁(x₁,y₁)的横坐标，y₁为Q₁(x₁,y₁)的纵坐标；定义O₂O₂’与x₁轴正向的顺时针夹角为正，与x₁轴正向的逆时针夹角为负；第一圆柱形通孔(211)中心所对应的投影坐标为Q₁(x₁,y₁)的极化转换超透镜单元(21)的第一几何中心轴线O₂O₂’与x₁轴正向的顺时针夹角α₁由喇叭天线(1)注入的具体模式确定；

定位法兰盘(3)的中心轴线为OO’；定位法兰盘(3)整体呈圆环状，其外直径等于D₄，内直径等于D₃，圆环厚度即轴向长度为l₃；定位法兰盘(3)一端与极化转换超透镜(2)焊接，另一端与模式转换超透镜(4)焊接；

模式转换超透镜(4)整体呈圆盘状，其直径等于D₄，厚度为l₄；模式转换超透镜(4)由多个模式转换超透镜单元(41)以蜂窝状排列组合而成，令任意一个模式转换超透镜单元(41)的中心轴线为O₃O₃’，O₃O₃’与OO’平行；模式转换超透镜单元(41)中心钻有一个第二圆柱形通孔(411)，第二圆柱形通孔(411)半径为r₂，深度为l₄，第二圆柱形通孔(411)的中心轴线与O₃O₃’共轴；第二圆柱形通孔(411)内部有两个结构相同的弓形柱，分别为第三弓形柱(412)和第四弓形柱(413)，第三弓形柱(412)和第四弓形柱(413)分别通过第三支撑杆(414)和第四支撑杆(415)与第二圆柱形通孔(411)内壁连接，第三弓形柱(412)和第四弓形柱(413)关于O₃O₃’180°旋转对称；第二几何中心轴线O₄O₄’为经过第三弓形柱(412)矩形底面几何中心的垂线，O₄O₄’与O₃O₃’垂直；第三支撑杆(414)与第四支撑杆(415)为两个结构相同的扇环形柱，第三支撑杆(414)与第四支撑杆(415)关于O₃O₃’180°旋转对称；第三支撑杆(414)一个弧面与第二圆柱形通孔(411)内壁连接，另一个弧面与第三弓形柱(412)的弧面连接，在第二圆柱形通孔(411)内部支撑第三弓形柱(412)；第四支撑杆(415)一个弧面与第二圆柱形通孔(411)内壁连接，另一个弧面与第四弓形柱(413)的弧面连接，在第二圆柱形通孔(411)内部支撑第四弓形柱(413)；第三弓形柱(412)与第三支撑杆(414)长度均等于l₄；

模式转换超透镜单元(41)的横截面为正六边形，边长为a₁；第三弓形柱(412)横截面为弓形，半径为r₃，弦长为d₁；第三支撑杆(414)横截面为扇环形，内径为r₃，外径为r₂，宽度为b₁；

模式转换超透镜单元(41)的横截面紧密排列成一个直径为D₄的圆形，定义模式转换超透镜中心O₆处模式转换超透镜单元在第0行第0列，模式转换超透镜中心O₆上侧单元所处行数为正、下侧为负，右侧单元所处列数为正、左侧为负；设模式转换超透镜的中心O₆处为坐标原点，建立x₂-y₂固定直角坐标系，则任意一个模式转换超透镜单元的第二圆柱形通孔的中心在x₂-y₂平面的投影可用坐标Q₂(x₂,y₂)表示，x₂为Q₂(x₂,y₂)的横坐标，y₂为Q₂(x₂,y₂)的纵坐标，定义O₄O₄’与x₂轴正向的顺时针夹角为正，与x₂轴正向的逆时针夹角为负；坐标为Q₂(x₂,y₂)的模式转换超透镜单元(41)的第二几何中心轴线O₄O₄’与x₂轴正向的顺时针夹角α₂由喇叭天线(1)注入模式、最终出射模式及出射方向确定。