[发明专利]一种双向双圆极化折叠透射阵天线

权利要求书

1.一种双向双圆极化折叠透射阵天线，其特征是，由上下两层集成了平面馈源天线的圆极化透反选择性全空间手征超表面构成，超表面由若干个超表面单元通过周期排列组成的方形阵列构成；馈源天线超表面单元由一种平面圆极化微带贴片天线构成，所述超表面单元包括三层金属结构和夹在金属结构之间的两层介质基板，上层和底层金属层由圆极化微带天线的圆形微带贴片结构构成，中间金属层为中心开孔的金属地板，用来让连接上下金属层的金属化过孔通过；设置上层超表面和下层超表面中心的平面馈源天线分别为右旋圆极化天线和左旋圆极化天线，而后将两块超表面面对面放置，上层超表面使得沿+z方向入射的右旋原计划波透射，而反射左旋圆极化波；下层超表面使得沿-z方向入射的左旋圆极化波透射，而反射右旋圆极化波；这样选定某一馈源天线，其发射出的电磁波到达另一超表面后发生反射，最终透过自身所在的超表面，经过相位补偿形成高定向性波束，即实现双向辐射折叠投射阵天线；

所使用的上下超表面单元在保持高效透射率的同时对同极化透射波实现覆盖360°范围的全相位调制功能，仅通过旋转单元的辐射贴片的旋转角度，而不影响反射功能的相位；

上下超表面单元是两种具有相反的圆极化透反选择性的全空间手征超表面单元；上层超表面与下层超表面两种单元即单元一和单元二均由通过金属化过孔连接的、共用中间金属地板的两层贴片天线构成。

2.根据权利要求1所述的双向双圆极化折叠透射阵天线，其特征是，通过选择激励上层或下层馈源天线，可以根据需求选择性地实现折叠透射阵天线的前向辐射或后向辐射。天线结构未使用含有金属板的底层反射板，而是使用具有圆极化透反选择性的全空间手征超表面，对于一种圆极化波入射具有镜面反射效果，对于另一种圆极化波入射时则可以实现透射功能，因此，所设计的每一块超表面自身具有透射功能的同时也充当另一块超表面上集成的馈源天线的反射板，最终通过选择对不同超表面上的平面馈源天线进行馈电，可以实现双向双圆极化高定向性辐射功能。

3.根据权利要求1所述的双向双圆极化折叠透射阵天线，其特征是，所使用的超表面单元一对右旋圆极化入射波可实现高效同极化透射功能，对于左旋圆极化入射波可以实现高效同极化反射功能，通过调整上层和底层圆极化贴片偏移超表面单元中心的方向，可以将超表面单元上层和底层圆极化贴片从右旋圆极化贴片转换成左旋圆极化贴片，即构成了超表面单元二，对左旋圆极化入射波可实现高效同极化透射功能，对于右旋圆极化入射波实现高效同极化反射功能。

4.根据权利要求1所述的双向双圆极化折叠透射阵天线，其特征是，圆极化透反选择性全空间手征超表面的透射相位控制方法，通过从0°旋转两种单元的辐射贴片天线至360°，可以实现对透射圆极化波覆盖360°范围的全相位调制，同时在单元中心频率出保持幅值高于0.95的透射传输效率。

5.根据权利要求1所述的双向双圆极化折叠透射阵天线，其特征是，两种基于上述不同圆极化透反选择性全空间手征超表面单元通过亚波长周期排列构成的方形阵列的超表面，两种超表面均为由若干个超表面单元组成的m×n阵列结构，其中每个超表面单元的辐射天线贴片根据需要的透射相位而设置不同的旋转角度。为了将馈源辐射的球面圆极化波转化为透射的平面波，两种超表面上的每一个单元对应的透射相位通过下列公式计算：

其中，是超表面第m行，第n列单元对应的透射相位，λ是设计的天线中心工作频率所对应的电磁波在真空中的波长，p是超表面单元周期长度，f是所设计透射聚焦超表面的焦距，是超表面中心位置所对应的初始相位。

6.根据权利要求5所述的双向双圆极化折叠透射阵天线，其特征是，两种超表面均设计为具有相同的阵列数目以及焦距；当超表面上每一单元所需要的透射相位经过上式计算完成以后，根据超表面单元辐射天线贴片的旋转角与透射相位的关系式计算得到辐射贴片旋转角分布。

7.根据权利要求5所述的双向双圆极化折叠透射阵天线，其特征是，将两种具有相反极化的圆极化平面馈源天线分别集成至两块超表面中心位置，用于为折叠透射阵天线不同方向辐射提供所需的圆极化波激励，使得天线整体更加紧凑，无继续占用额外的空间。

8.根据权利要求5所述的双向双圆极化折叠透射阵天线，其特征是，天线超两个方向辐射时的口径面效率通过下列公式计算：

其中，G是实际测试远场增益，λ是公式中使用的增益所对应的频率处电磁波在真空中的波长，A_p是天线物理口径面积。