[发明专利]一种四波束反射型轨道角动量天线设计方法

权利要求书

1.一种四波束反射型轨道角动量天线设计方法，其特征在于，包括：

步骤1：对方形互补天线单元进行建模，计算出在平面波作用下天线单元的反射电场，根据反射电场计算反射系数，根据反射系数计算出反射相位，构建天线变化尺寸与天线的输入阻抗的模型，进一步构建天线变化尺寸与反射相位的模型，最后采用最小二乘法进行拟合，得到模型的具体函数关系式；

步骤2：采用时域有限积分法计算出喇叭天线的远区电场，根据喇叭天线的远区电场计算喇叭天线的方向图，根据喇叭天线的方向图计算喇叭天线的增益以及喇叭天线的10dB波束宽度；

步骤3：四波束反射型轨道角动量天线相位补偿；

步骤4：求解方形互补天线单元的几何尺寸；

步骤5：根据步骤3中计算出来的角动量天线相位补偿，对方形互补天线单元进行等间距排列，得到四波束反射型轨道角动量天线，所述天线单元材料采用金属铜。

2.根据权利要求1所述的四波束反射型轨道角动量天线设计方法，其特征在于：步骤1中所述平面波为：

其中，E_xm为X轴电场幅值，E_ym为Y轴电场幅值，φ_x为X轴电场相位，φ_y为Y轴电场相位；

步骤1中所述反射电场为：

其中E^ref为反射电场、E^inc为入射波电场、ε为介电常数、J为天线单元表面电流；

步骤1中所述反射系数为：

其中，Z_in为天线的输入阻抗，Z₀为传输线的特性阻抗；

步骤1中所述反射相位为：

φ^ref＝Arg(S₁₁)

步骤1中所述天线变化尺寸与天线的输入阻抗的模型为：

Z_in＝f(p₁,p₂,p₃.....p_n)

其中，p₁、p₂、p₃……p_n为天线单元的各个变化尺寸参数；

步骤1中所述天线变化尺寸与反射相位的模型为：

当内部方形贴片尺寸固定时，反射相位随方形环内边长a变化时的模型：

φ^a_ref＝c₀+c₁a+c₂a²+...+c_naⁿ

其中，c₀、c₁、c₂.......c_n为多项式系数；

当方形环内边长尺寸固定时，反射相位随内部方形贴片边长b变化时的模型：

其中，为多项式系数。

3.根据权利要求1所述的四波束反射型轨道角动量天线设计方法，其特征在于：步骤2中所述采用时域有限积分法计算出喇叭天线的远区电场为：

其中，E为计算空间电场强度，B为计算空间磁场强度；

根据喇叭天线的远区电场可知远区球面上任意方向(θ，φ)某点处的场强幅值为|E(θ，φ)|，在该方向的电场最大值为E_M，则步骤2中所述喇叭天线的方向图为：

步骤2中所述计算喇叭天线的增益为：

步骤2中所述计算喇叭天线的10dB波束宽度为：

观察喇叭天线的方向图，记录下喇叭天线E面即φ＝0°时的横截面增益下降10dB时的波束宽度θ_e，H面即φ＝90°时的横截面增益下降10dB时的波束宽度θ_h，选取其中的较小值作为喇叭天线的10dB波束宽度：

θ_10dB＝min{θ_e,θ_h}。