一种非色散卡塞格伦天线的制作方法

本发明涉及天线，具体为一种非色散卡塞格伦天线。

背景技术：

1、天线作为向空间中辐射或者接收电磁波的装置，自发明以来对人们的生活产生了重要影响，广泛涉及无线通信、雷达探测、导航、遥感、电子对抗等各个领域。随着天线在这些领域的广泛应用，不同类型的系统迫切需要匹配高性能的天线，特别是高增益天线提升远距离通信能力，小型化的天线以便于集成等。

2、反射阵天线作为常见的高增益天线具有低成本、结构简单等优势，但是其高剖面的劣势使其无法满足在雷达、卫星等先进设备上的高度集成的需求。为了解决高剖面问题，提出了折叠卡塞格伦天线，但是现在存在的折叠卡塞格伦反射面天线中的非色散极化选择超表面(1)面临固有色散特性的制约，当工作频率偏移中心频点时，非色散极化选择超表面(1)难以将馈源辐射的球面波经相位补偿后转化为平面波，从而导致天线增益的下降。

3、现有技术中，专利公开号为cn117096614a的发明专利公开了一种大频比的双频双极化共口径天线，包括由上层超表面以及集成了双频复合馈电结构的下层基板组成；上层超表面由多个超表面单元组成周期性超表面，在下层基板上下表面分别设有金属板，在下层基板上表面的中部设有双频复合馈电结构，下层基板与上层超表面之间的距离为l，在双频复合馈电结构的下方距离2l处为虚拟馈源。在低频处，由于腔体高度满足谐振条件，每次透射出去的电磁波同相位叠加，在远场区形成高增益波束。在高频处，到达超表面的左旋圆极化波经过相位补偿和极化转换在远场区形成高增益波束。但是现有技术中，相位不能随频率变化而变化，工作频率都是处于在中心频点的情况下，开展的分析。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：解决折叠卡塞格伦反射面天线中的非色散极化选择超表面(1)面临固有色散特性的制约，当工作频率偏移中心频点时，非色散极化选择超表面(1)难以将馈源辐射的球面波经相位补偿后转化为平面波，从而导致天线增益的下降的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种非色散卡塞格伦天线，包括：位于顶层的非色散极化选择超表面(1)、位于底部的极化翻转超表面(3)，以及嵌入所述极化翻转超表面(3)中心的馈源天线(2)；所述非色散极化选择超表面(1)按照相位色散速度分为多个区域单元，通过调整每个单元中的倾斜角(β)和金属张角(α)，使每个不同位置上的单元的相位满足球面波转换为平面波的相位补偿。

4、在本发明的一实施例中，多个区域单元包括第一单元、第二单元和第三单元，用于对x极化电磁波实现全反射，对y极化电磁波透射，并且能够调节透射波的相位。

5、在本发明的一实施例中，所述第一单元、所述第二单元和所述第三单元为层级结构；其中，所述第一单元的层级结构包括：第一层为金属光栅一、第二层为介质基板一、第三层为双开口圆环、第四层为介质基板二、第五层为金属光栅二、第六层为隔离层，第七层为分裂方形槽金属。

6、在本发明的一实施例中，所述第二单位的层级结构在所述第一单元的基础上加入第八层隔离层一、第九层分裂方形槽金属一。

7、在本发明的一实施例中，，所述第三单位的层级结构在所述第二单元的基础上加入第十层隔离层二，第十一层分裂方形槽金属二。

8、在本发明的一实施例中，所述金属光栅二与所述金属光栅一垂直放置。

9、在本发明的一实施例中，所述双开口圆环倾斜放置。

10、在本发明的一实施例中，所述馈源天线(2)辐射x极化电磁波，x极化电磁波入射到所述非色散极化选择超表面(1)上，所述非色散极化选择超表面(1)能够将x极化电磁波沿镜面反射并保持旋性，被反射的x极化电磁波在底部的极化翻转超表面(3)上进行极化转换，产生y极化电磁波再次向顶层的非色散极化选择超表面(1)出传播，将球面波转换为平面波。

11、在本发明的一实施例中，球面波前转换为平面波前，所述非色散极化选择超表面(1)上第(m,n)个单元相位满足：

12、

13、式中，为第(m,n)个单元相位，π为圆周率，λ0为中心频率对应的自由空间波长，(xmn,ymn,zmn)为第(m,n)个单元的位置，f0为焦距。

14、在本发明的一实施例中，所述馈源天线(2)为线极化天线或者波导口。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用相位色散随着频率变化的单元构成极化选择超表面，从而在宽带范围内满足将馈源辐射的球面波转化为平面波的幅度和相位色散需求，最终实现非色散折叠卡塞格伦天线。由于非色散极化选择超表面1的引入，馈源天线辐射的电磁波到反射阵列的路径发生了折叠，电磁波通过反射阵列反射到非色散极化选择超表面，因此可以将天线剖面降低至1/3。

16、为了将馈源发射的球面波转换为平面波，需要在非色散极化选择超表面上做一次相位补偿。本发明中非色散极化选择超表面的单元由实现极化选择性光栅的部分和分裂方形槽部分构成，前者用于控制相位特性，而后者则用于控制色散。通过级联它们，单元的相位和色散可以独立控制，并且可以按需设计任何相位色散曲线。利用该非色散极化选择超表面可以将馈源天线产生的球面波在宽带范围内补偿为平面波，从而保持天线的增益稳定性。

技术特征：

1.一种非色散卡塞格伦天线，其特征在于，包括：位于顶层的非色散极化选择超表面(1)、位于底部的极化翻转超表面(3)，以及嵌入所述极化翻转超表面(3)中心的馈源天线(2)；所述非色散极化选择超表面(1)按照相位色散速度分为多个区域单元，通过调整每个单元中的倾斜角(β)和金属张角(α)，使每个不同位置上的单元的相位满足球面波转换为平面波的相位补偿。

2.根据权利要求1所述的非色散卡塞格伦天线，其特征在于，多个区域单元包括第一单元、第二单元和第三单元，用于对x极化电磁波实现全反射，对y极化电磁波透射，并且能够调节透射波的相位。

3.根据权利要求2所述的非色散卡塞格伦天线，其特征在于，所述第一单元、所述第二单元和所述第三单元为层级结构；其中，所述第一单元的层级结构包括：第一层为金属光栅一、第二层为介质基板一、第三层为双开口圆环、第四层为介质基板二、第五层为金属光栅二、第六层为隔离层，第七层为分裂方形槽金属。

4.根据权利要求3所述的非色散卡塞格伦天线，其特征在于，所述第二单位的层级结构在所述第一单元的基础上加入第八层隔离层一、第九层分裂方形槽金属一。

5.根据权利要求4所述的非色散卡塞格伦天线，其特征在于，所述第三单位的层级结构在所述第二单元的基础上加入第十层隔离层二，第十一层分裂方形槽金属二。

6.根据权利要求3所述的非色散卡塞格伦天线，其特征在于，所述金属光栅二与所述金属光栅一垂直放置。

7.根据权利要求3所述的非色散卡塞格伦天线，其特征在于，所述双开口圆环倾斜放置。

8.根据权利要求1所述的非色散卡塞格伦天线，其特征在于，所述馈源天线(2)辐射x极化电磁波，x极化电磁波入射到所述非色散极化选择超表面(1)上，所述非色散极化选择超表面(1)能够将x极化电磁波沿镜面反射并保持旋性，被反射的x极化电磁波在底部的极化翻转超表面(3)上进行极化转换，产生y极化电磁波再次向顶层的非色散极化选择超表面(1)出传播，将球面波转换为平面波。

9.根据权利要求2所述的非色散卡塞格伦天线，其特征在于，其中，球面波前转换为平面波前，所述非色散极化选择超表面(1)上第(m,n)个单元相位满足：

10.根据权利要求1所述的非色散卡塞格伦天线，其特征在于，所述馈源天线(2)为线极化天线或者波导口。

技术总结
本发明公开了一种非色散卡塞格伦天线，包括：位于顶层的非色散极化选择超表面、位于底部的极化翻转超表面，以及嵌入所述极化翻转超表面中心的馈源天线；所述非色散极化选择超表面按照相位色散速度分为多个区域单元，通过调整每个单元中的倾斜角和金属张角，使每个不同位置上的单元的相位满足球面波转换为平面波的相位补偿。通过本发明公开的非色散卡塞格伦天线，能够保持天线增益稳定性。

技术研发人员：廖大双,万笑梅,季文涛,程雪晨
受保护的技术使用者：合肥若森智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17