[发明专利]一种多波束可重构的涡旋场超表面透镜折叠天线

权利要求书

1.一种多波束可重构的涡旋场超表面透镜折叠天线，包括在支撑结构(4)一侧依次设置的采用镂空中心的各向异性超表面透镜(1)、镂空中心部分放置的馈源(2)和反射面(3)；所述各向异性超表面透镜(1)包括K个沿z轴依次层叠的第一介质板(11)，K≥2且为偶数，其中奇数层第一介质板面向反射面(3)的一面和最后一个偶数层第一介质板背离反射面(3)的一面，分别印制有由a₁×b₁个均匀排布的各项异性的矩形金属贴片(111)组成的第一贴片阵列，a₁≥4，b₁≥4，偶数层第一介质板面向反射面(3)的一面印制有由a₂×b₂个均匀排布的正十字形金属贴片(112)组成的第二贴片阵列，a₂≥4，b₂≥4；其特征在于：所述反射面(3)包括第二介质板(31)、背向各向异性超表面透镜(1)印制的金属地(312)、a₃个均匀排布的蝴蝶形金属贴片(311)和PIN二极管(313)，每个PIN二极管均嵌入蝴蝶形金属贴片中间，a₃≥2；所述各项异性矩形金属贴片(111)由边长不等的矩形组成，能够分别针对主极化波和交叉极化波进行不同调制，其主极化金属边(1111)和交叉极化金属边(1112)相对应的尺寸，将根据相应的相位补偿值得到每个各向异性矩形金属贴片(111)的主极化金属边(1111)和交叉极化金属边(1112)相位值相对应的尺寸；所述反射面(3)在PIN二极管(313)的ON状态产生主极化波，在OFF状态产生交叉极化波；所述蝴蝶形金属贴片(311)各自的相位值由公式计算得到，再通过实验仿真得到与相位值相对应的尺寸参数；

所述矩形金属贴片(111)的主极化金属边(1111)相位值Φ₁^x和交叉极化金属边(1112)相位值Φ₁^y是由下式计算得到的：

其中，k表示自由空间中电磁波的波数，f_1x,f_1y,f_1z表示各向异性超表面透镜(1)的焦点坐标值，x₁,y₁,z₁表示矩形金属贴片(111)的中心坐标值，∑表示求和操作，N表示涡旋波总数，i表示涡旋波波束序号，1≤i≤N，sin表示正弦操作，θ_i表示由涡旋场超表面透镜折叠天线产生的第i个波束的俯仰角，cos表示余弦操作，表示由涡旋场超表面透镜折叠天线产生的第i个波束的方位角，l_i表示由涡旋场超表面透镜折叠天线产生的第i个波束的涡旋波模态值，arctan表示反正切操作；

所述蝴蝶形金属贴片(311)相位值Φ₂是由下式计算得到的：

其中，f_2x,f_2y,f_2z表示馈源(2)的中心坐标值，x₂,y₂,z₂表示蝴蝶形金属贴片(311)的中心坐标值。

2.根据权利要求1所述的一种多波束可重构的涡旋场超表面透镜折叠天线，其特征在于：所述各向异性超表面透镜(1)的中心法线与反射面(3)的中心法线重合；所述矩形金属贴片(111)中心与相应位置上的正十字形金属贴片(112)中心位于同一法线上。