[发明专利]基于超表面的卡塞格伦天线

权利要求书

1.一种基于超表面的卡塞格伦天线，其特征在于，包括主反射镜(1)、副反射镜(2)、馈源(3)和平板波导(4)，所述主反射镜(1)、副反射镜(2)和馈源(3)夹持在平板波导(4)的两个金属板之间，其中：

所述主反射镜(1)和副反射镜(2)，采用基于广义斯涅尔定理构建的相位突变超表面结构；

所述主反射镜(1)包括第一介质层(11)、印制在第一介质层(11)一个侧面的第一反射层(12)和另一个侧面的第一相位调控层(13)；所述第一相位调控层(13)由一排或多排包含m个均匀排布的第一矩形金属环微结构(131)组成，m≥4，各第一矩形金属环微结构(131)的尺寸由其所在位置的电磁波入射角和散射参数相位决定，实现与抛物面类似的电磁波相位补偿特性；

所述副反射镜(2)包括第二介质层(21)、印制在第二介质层(21)一个侧面的第二反射层(22)和另一个侧面的第二相位调控层(23)；所述第二相位调控层(23)由一排或多排包含n个均匀排布的第二矩形金属环微结构(231)组成，n≥4，各第二矩形金属环微结构(231)的尺寸由其所在位置的电磁波入射角和散射参数相位决定，实现与双曲面类似的电磁波相位补偿特性；

所述馈源(3)位于主反射镜(1)中点断开位置，所述副反射镜(2)的第二相位调控层(23)与主反射镜(1)的第一相位调控层(13)相对，且该副反射镜(2)的虚焦点与主反射镜(1)的焦点重合，实焦点与馈源(3)的相位中心重合；所述馈源(3)发出的柱面波经副反射镜(2)反射后形成以该副反射镜(2)虚焦点为相位中心的柱面波，该柱面波经过主反射镜(1)反射后形成平面波。

2.根据权利要求1所述的基于超表面的卡塞格伦天线，其特征在于：所述第一矩形金属环微结构(131)，其所在位置相位补偿数值满足如下公式：

其中，Φ_M(x_M)表示主反射镜(1)上的相位补偿数值，dΦ_M＝k(sinθ_i-sinθ_r)dx_M表示Φ_M(x_M)对x_M的导数，x_M代表每个第一矩形金属环微结构(131)在x轴方向上的位置坐标，θ_i(x_M)＝arctan(x_M/f)为入射电磁波相对于主反射镜(1)的入射角，θ_r(x_M)＝0为反射电磁波相对于主反射镜(1)的反射角，k为电磁波传播常数，f为主反射镜(1)焦距，Φ₀为任意常数相位值。

3.根据权利要求1所述的基于超表面的卡塞格伦天线，其特征在于：所述第二矩形金属环微结构(231)，其所在位置相位补偿数值满足如下公式：

其中，Φ_S(x_S)表示副反射镜(2)上的相位补偿数值，dΦ_S＝k(sinθ_i-sinθ_r)dx_S表示Φ_S(x_S)对x_S的导数，x_S代表每个第二矩形金属环微结构(231)在x轴方向上的位置坐标，θ_i(x_S)＝arctan(x_S/l)为入射电磁波相对于副反射镜(2)的入射角，θ_r(x_S)＝arctan(x_S/(f-l))为反射电磁波相对于副反射镜(2)的反射角，f为主反射镜(1)焦距，l为主反射镜(1)的第一相位调控层(13)与副反射镜(2)的第二相位调控层(23)之间的距离，且满足fl，k为电磁波传播常数，Φ₀为任意常数相位值。

4.根据权利要求1所述的基于超表面的卡塞格伦天线，其特征在于：所述馈源(3)，采用H面矩形喇叭结构，其最前端开口外部沿x轴方向的长度A及H面矩形喇叭梯形张角部分沿z轴方向的长度L_h满足如下公式：

其中，d为副反射镜(2)沿x轴方向的长度，f为主反射镜(1)的焦距。