一种基于相位加权的等幅多波束四极化超表面透镜天线的制作方法

本发明属于天线，涉及一种超表面透镜天线，具体是一种利用相位加权的方式产生等幅多波束四极化的超表面透镜天线，可用于无线通信和雷达等。

背景技术：

0、技术背景

1、多波束超表面透镜天线能够在天线口径面上产生不同指向的多个电磁波束，有效增加天线的覆盖范围。而极化状态作为电磁波束的固有属性，依靠不同极化电磁波传输信号可以有效降低通信干扰。随着通信技术发展，未来通信更需要一种覆盖范围广，能够产生任意波束数量和任意极化方式的天线。

2、西安电子科技大学在其申请的专利文献“基于空间互补混叠的三极化三波束高效超表面透镜天线”中，(申请号：cn202210729515.x，公开号：cn115064880a)，提出了一种基于利用栅瓣合成三极化三波束的透镜天线。该透镜天线包括透镜、馈源和支撑结构，超表面透镜上印制左旋圆极化和右旋圆极化超表面单元，通过增大单元间距的方式激发透镜产生栅瓣波束，利用左旋和右旋圆极化栅瓣波束合成线极化，可以同时激发三个不同方向不同极化的电磁波束，但是该发明辐射的线极化波束是由左旋和右旋圆极化波束合成的，虽然可以控制线极化的极化方式，但是难以单独控制任意方向波束的辐射能量，无法实现多波束等幅辐射特性，且该发明产生的线极化始终保持在法线辐射，难以实现多个不同方向不同极化的波束同时辐射特性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于相位加权的等幅多波束四极化超表面透镜天线，旨在同时实现四极化波束辐射和多波束等幅度特性。

2、为实现上述目的，本发明包括超表面透镜1和位于其中心法线上的馈源3，所述超表面透镜1包括周期性排布的m×m个超表面单元11，m≥10；

3、所述超表面单元11，包括上下层叠且上表面印制有蚀刻第一c形缝隙的椭圆形金属贴片1111的第一介质基板111，以及上表面印制有蚀刻漏波缝隙的金属贴片1121，下表面印制有蚀刻第二c形缝隙的圆形金属贴片1122的第二介质基板112，所述椭圆形金属贴片1111与圆形金属贴片1122通过金属化通孔113连接；所述椭圆形金属贴片1111的短轴与以超表面单元11的中心为坐标原点的右手坐标系的x轴的旋转角度为β；所述第一c形缝隙的开口方向与右手坐标系x轴间的夹角为α，第二c形缝隙的开口方向与右手坐标系x轴的方向相同；

4、所述超表面透镜1，其所包含的m个第一c形缝隙是由α＝+45°的右旋第一c形缝隙和α＝-45°的左旋第一c形缝隙交差排布而成，用于实现超表面透镜天线的四极化特性；每个超表面单元11中椭圆形金属贴片1111短轴的旋转角度β与该超表面单元11所处位置的总相位补偿值φ(x,y,z)m相等，其所包含的波束指向相位分布值是由n个波束对应的相位分布在每个波束的相位加权因子的作用下叠加而成，通过调整每个波束的相位加权因子实现对该波束能量分布的改变，进而实现超表面透镜天线n个波束的等幅度特性，其中：

5、β＝φ(x,y,z)m＝φfront-m+φmeta-m+φcon-m

6、

7、

8、

9、其中，φfront-m、φmeta-m、φcon-m分别表示第m个超表面单元的波束校准补偿相位值、波束指向相位分布值、随机相位值，xm,ym,zm表示第m个超表面单元的中心坐标，xs,ys,zs表示馈源的中心坐标，e表示自然函数对数的底数，j为虚数单位，arg表示取复数辐角主值，n≥4，θn、分别表示第n个波束的俯仰角、方位角，an、φmeta-n分别表示第n个波束的相位加权因子、相位分布，k表示自由空间波数。

10、上述超表面透镜天线，所述馈源3，其相位中心与超表面透射镜1的中心法线重合。

11、上述超表面透镜天线，所述馈源3，采用矩形喇叭天线结构，并通过支撑结构2固定在超表面透镜1的中心法线上。

12、上述超表面透镜天线，所述支撑结构2，由连接在馈源3的四个角与超表面透射镜1的四个角的非金属连接建组成。

13、上述超表面透镜天线，所述椭圆形金属贴片1111，其中心位于第一介质基板11的中心法线上。

14、上述超表面透镜天线，所述第一c形缝隙，其中心与椭圆形金属贴片1111的中心重合。

15、上述超表面透镜天线，所述第二c形缝隙和圆形金属贴片1122，其中心位于第二介质板12的中心法线上。

16、上述超表面透镜天线，所述金属化通孔113，位于第二介质板12的中心法线上。

17、上述超表面透镜天线，所述漏波缝隙，为环绕金属化通孔113的圆形孔。

18、上述超表面透镜天线，所述第一c形缝隙与第二c形缝隙结构尺寸相同。

19、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

20、1.本发明超表面透镜中的每个超表面单元的总相位补偿值所包含的波束指向相位分布值是由多个波束对应的相位分布在每个波束的相位加权因子的作用下叠加而成，通过调整每个波束的相位加权因子实现对该波束能量分布的改变，进而实现超表面透镜天线多个波束的等幅度特性，能够任意控制空间中不同方向电磁波束的辐射能量，可以实现多个电磁波束等幅辐射，避免了现有技术因通过口径场叠加法形成多波束导致其难以单独控制任意方向波束的辐射能量。

21、2.本发明超表面透镜中的m个第一c形缝隙由左旋缝隙和右旋缝隙交差排布而成，利用左旋和右旋波束的口径场叠加和栅瓣波束合成原理，实现超表面透镜天线的四极化特性，避免了现有技术因通过栅瓣波束合成法形成多极化导致其难以单独控制波束的方向，拓宽了超表面透镜天线的应用范围。

技术特征：

1.一种基于相位加权的等幅多波束四极化超表面透镜天线，包括超表面透镜(1)和位于其中心法线上的馈源(3)，所述超表面透镜(1)包括周期性排布的m×m个超表面单元(11)，m≥10；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的超表面透镜天线，其特征在于：所述馈源(3)，其相位中心与超表面透射镜(1)的中心法线重合。

3.根据权利要求1所述的超表面透镜天线，其特征在于：所述馈源(3)，采用矩形喇叭天线结构，并通过支撑结构(2)固定在超表面透镜(1)的中心法线上。

4.根据权利要求3所述的超表面透镜天线，其特征在于：所述支撑结构(2)，由连接在馈源(3)的四个角与超表面透射镜(1)的四个角的非金属连接建组成。

5.根据权利要求1所述的超表面透镜天线，其特征在于：所述椭圆形金属贴片(1111)，其中心位于第一介质基板(11)的中心法线上。

6.根据权利要求5所述的超表面透镜天线，其特征在于：所述第一c形缝隙，其中心与椭圆形金属贴片(1111)的中心重合。

7.根据权利要求1所述的超表面透镜天线，其特征在于：所述第二c形缝隙和圆形金属贴片(1122)，其中心位于第二介质板(12)的中心法线上。

8.根据权利要求7所述的超表面透镜天线，其特征在于：所述金属化通孔(113)，位于第二介质板(12)的中心法线上。

9.根据权利要求8所述的超表面透镜天线，其特征在于：所述漏波缝隙，为环绕金属化通孔(113)的圆形孔。

10.根据权利要求1所述的超表面透镜天线，其特征在于：所述第一c形缝隙与第二c形缝隙结构尺寸相同。

技术总结
本发明提出了一种基于相位加权的等幅多波束四极化超表面透镜天线，超表面单元包括上下层叠的两层介质基板，上介质基板的上表面印制有蚀刻第一C形缝隙的椭圆形金属贴片，下介质基板的上表面印制有蚀刻漏波缝隙的金属贴片，下表面印制有蚀刻第二C形缝隙的圆形金属贴片，交差排布的左右旋第一C形缝隙能够实现超表面透镜天线的四极化特性；每个超表面单元中椭圆形金属贴片短轴的旋转角度β与该超表面单元所处位置的总相位补偿值相等，其所包含的波束指向相位分布值是由N个波束对应的相位分布在每个波束的相位加权因子的作用下叠加而成，通过调整每个波束的相位加权因子实现对该波束能量分布的改变，进而实现超表面透镜天线N个波束的等幅度特性。

技术研发人员：杨锐,顾宸光,黄皓
受保护的技术使用者：浙江迈特星通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15