一种基于双超表面的折叠反射阵列天线的制作方法

1.本发明涉及折叠反射天线领域，尤其涉及一种基于双超表面的折叠反射阵列天线。


背景技术：

2.目前，实现宽带定向辐射是折叠反射阵列天线领域的一大挑战。当前已经提出了许多具有宽带特性的折叠反射阵列天线，实现宽带定向辐射主要依赖于设计宽带超表面单元以及基于阵列理论的超表面优化设计方法。但受限于当前折叠反射阵列天线中所使用的反射超表面存在设计自由度的限制，导致可实现定向辐射的带宽较窄，有待进一步改善。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种基于双超表面的折叠反射阵列天线，用于解决现有的折叠反射阵列天线增益带宽窄，宽带辐射依赖于宽带辐射单元的问题。
4.第一方面，本发明提供一种基于双超表面的折叠反射阵列天线。
5.一种基于双超表面的折叠反射阵列天线，其包括：
6.馈源天线；
7.反射型超表面，其连接于所述馈源天线周侧，包括若干等间距排列的反射型超表面单元；
8.极化栅阵列，其间隔设置于所述反射型超表面一侧，至少部分所述极化栅阵列形成对应覆盖所述反射型超表面的第一透射区；
9.透射型超表面，其间隔设于所述极化栅阵列远离所述反射型超表面的一侧，至少部分所述透射型超表面形成对应覆盖所述第一透射区的第二透射区，所述透射型超表面至少在所述第二透射区内包括若干等间距排列的透射型超表面单元。
10.一些实施例中，所述第二透射区内各个所述透射型超表面单元所需要的相位补偿，根据时域有限积分法计算的在多个待优化频点处透射型超表面单元中心位置处的电场相位以及相应频点处的参考相位得到；其中，
11.第二透射区在(x,y)处所需要的相位补偿：
12.其中表示在第i个频点下，在第二透射区(x,y)处通过时域有限积分法计算的电场相位；表示第i个频点的参考相位。
13.一些实施例中，各个频点处的参考相位通过对基于照射因子的权重相位优化函数寻优得到；基于照射因子的权重相位优化函数包括：
[0014][0015]
其中s(i)表示第i个频点处与透射型超表面口径的电尺寸相关的修正权重，w(i)(x,
y)表示在第二透射区(x,y)处透射型超表面单元的照射权重，w(i)(x,y)取为在第二透射区(x,y)处通过时域有限积分法计算的归一化透射电场模值，φ
realized(i)
(x,y)表示在第二透射区(x,y)处透射型超表面单元所实现的相位补偿。
[0016]
一些实施例中，所述第二透射区内排布的各个所述透射型超表面单元的整体优化目标函数为：
[0017][0018]
一些实施例中，所述反射型超表面上各个反射型超表面单元在正交方向上所需要的相位补偿别分为：
[0019][0020]
其中k为操作频率处的波数，d(i,j)为馈源天线相位中心到第(i,j)个反射型超表面单元几何中心的距离，为波束的辐射方向，(x(i,j),y(i,j))为第(i,j)个反射型超表面单元几何中心的坐标；
[0021]
所述反射型超表面上各个反射型超表面单元正交方向上的最小相位补偿误差的目标函数为：
[0022]
δφ
min
(i,j)＝|φ
x
(l
x
,ly)-φ
x
(i,j)|+|φy(ly,l
x
)-φy(i,j)|
[0023]
其中φ
x
(l
x
,ly)为第(i,j)个超表面单元在x方向所实现的相位补偿，φy(ly,l
x
)为第(i,j)个超表面单元在y方向所实现的相位补偿。
[0024]
一些实施例中，所述透射型超表面包括：至少两层介质板；
[0025]
两层所述介质板相互远离的表面上均设有若干间隔平行的金属条带，且两个表面上的所述金属条带呈正交设置。
[0026]
一些实施例中，所述介质板设置为两层，所述金属条带设置在所述两层介质板相互远离的一面。
[0027]
一些实施例中，所述透射型超表面单元的周期尺寸为9mm；所述金属条带的宽度为0.9mm，所述金属条带之间的缝隙宽度为0.9mm。
[0028]
一些实施例中，
[0029]
所述透射型超表面单元呈开口环结构设置，包括：
[0030]
两个弧段部，两个所述弧段部处于同一圆周上并呈圆心对称，两所述弧段部在圆周方向上间隔形成开口角，所述弧段部为金属结构；
[0031]
连接条带，其沿径向连接两个弧段部的中点，所述连接条带为方型金属结构。
[0032]
一些实施例中，所述弧段部的内径为3.2mm，所述弧段部的外径为4.3mm；所述连接条带的宽度为1.8mm。
[0033]
本发明所提供的一种基于双超表面的折叠反射阵列天线，由于其在极化栅阵列相对于反射型超表面的另一侧额外设置了透射型超表面，进而可通过对透射型超表面内的各个透射型超表面单元的透射相位进行优化设计，提供了额外的设计自由度，能够对传统折叠反射阵列天线辐射的电磁波相位进行二次调节，最终实现对折叠反射阵列天线增益带宽的拓展。
附图说明
[0034]
图1为本发明实施例中基于双超表面的带宽增强型折叠反射阵列天线的结构示意图；
[0035]
图2为本发明实施例中反射型超表面口径上各个超表面单元在x方向的相位补偿；
[0036]
图3为本发明实施例中反射型超表面口径上各个超表面单元在y方向的相位补偿；
[0037]
图4为本发明实施例中反射型超表面上各个超表面单元在正交方向上相位补偿误差；
[0038]
图5为本发明实施例中透射型极化转换超表面在11ghz处所需的相位补偿；
[0039]
图6为本发明实施例中透射型极化转换超表面在12ghz处所需的相位补偿；
[0040]
图7为本发明实施例中透射型极化转换超表面在13ghz处所需的相位补偿；
[0041]
图8为本发明实施例中透射型极化转换超表面在11ghz处的归一化权重；
[0042]
图9为本发明实施例中透射型极化转换超表面在12ghz处的归一化权重；
[0043]
图10为本发明实施例中透射型极化转换超表面在13ghz处的归一化权重；
[0044]
图11为本发明实施例中透射型极化转换超表面在11ghz处的相位补偿误差；
[0045]
图12为本发明实施例中透射型极化转换超表面在12ghz处的相位补偿误差；
[0046]
图13为本发明实施例中透射型极化转换超表面在13ghz处的相位补偿误差；
[0047]
图14为本发明实施例中优化后的透射型极化转换超表面的结构形式；
[0048]
图15为本发明实施例中反射型各向异性超表面单元的三维示意图；
[0049]
图16为本发明实施例中反射型各向异性超表面单元的顶视图；
[0050]
图17为本发明实施例中反射型极化转换超表面单元的三维示意图；
[0051]
图18为本发明实施例中反射型极化转换超表面单元的顶视图；
[0052]
图19为本发明实施例中反射型各向异性超表面单元在x极化波入射下的反射相位和反射系数；
[0053]
图20为本发明实施例中反射型各向异性超表面单元在y极化波入射下的反射相位和反射系数；
[0054]
图21为本发明实施例中反射型各向异性超表面单元在不同ly下变化l
x
时的反射相位；
[0055]
图22为本发明实施例中反射型各向异性超表面单元在不同l
x
下变化ly时的反射相位；
[0056]
图23为本发明实施例中透射型极化转换超表面单元随着频率变化的透射相位；
[0057]
图24为本发明实施例中透射型极化转换超表面单元随着频率变化的透射系数；
[0058]
图25为本发明实施例中带宽增强型折叠反射阵列天线在10.5ghz处的辐射方向图；
[0059]
图26为本发明实施例中带宽增强型折叠反射阵列天线在11.5ghz处的辐射方向图；
[0060]
图27为本发明实施例中带宽增强型折叠反射阵列天线在12.5ghz处的辐射方向图；
[0061]
图28为本发明实施例中带宽增强型折叠反射阵列天线在13.5ghz处的辐射方向图；
[0062]
图29为本发明实施例中带宽增强型折叠反射阵列天线随频率变化的增益；
[0063]
图30为本发明实施例中带宽增强型折叠反射阵列天线随频率变化的口径效率；
[0064]
附图标记：
[0065]
1、反射型超表面；2、反射型超表面单元；3、极化栅阵列；4、透射型极化转换超表面；5、透射型极化转换超表面单元；6、馈源天线；7、支撑柱；8、单层介质板；9、第一介质板；10、第二介质板。
[0066]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0067]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0068]
参照图1，一种基于双超表面的折叠反射阵列天线，其包括：
[0069]
馈源天线6；
[0070]
反射型超表面11，其连接于所述馈源天线6周侧，包括若干等间距排列的反射型超表面单元2；
[0071]
极化栅阵列3，其间隔设置于所述反射型超表面11一侧，至少部分所述极化栅阵列3形成对应覆盖所述反射型超表面11的第一透射区；
[0072]
透射型超表面4，其间隔设于所述极化栅阵列3远离所述反射型超表面1的一侧，至少部分所述透射型超表面4形成对应覆盖所述第一透射区的第二透射区，所述透射型超表面4至少在所述第二透射区内包括若干等间距排列的透射型超表面单元5。
[0073]
这样设置，由于其在极化栅阵列3相对于反射型超表面1的另一侧额外设置了透射型超表面4，进而可通过对透射型超表面4内的各个透射型超表面单元5的透射相位进行优化设计，提供了额外的设计自由度，能够对传统折叠反射阵列天线辐射的电磁波相位进行二次调节，最终实现对折叠反射阵列天线增益带宽的拓展。
[0074]
进一步，对于透射型超表面单元5在透射型超表面4上的设置方式，在一些优选的实施例中，所述第二透射区内各个所述透射型超表面单元5所需要的相位补偿，根据时域有限积分法计算的在多个待优化频点处透射型超表面单元5中心位置处的电场相位以及相应频点处的参考相位得到；其中，
[0075]
第二透射区在(x,y)处所需要的相位补偿：
[0076]
上式中，表示在第i个频点下，在第二透射区(x,y)处通过时域有限积分法计算的电场相位；表示第i个频点的参考相位。
[0077]
其中，各个频点处的参考相位通过对基于照射因子的权重相位优化函数寻优得到；基于照射因子的权重相位优化函数包括：
[0078][0079]
上式中，s(i)表示第i个频点处与透射型超表面4口径的电尺寸相关的修正权重，w(i)(x,y)表示在第二透射区(x,y)处透射型超表面单元5的照射权重，w(i)(x,y)取为在第二透射区(x,y)处通过时域有限积分法计算的归一化透射电场模值，φ
realized(i)
(x,y)表示在
第二透射区(x,y)处透射型超表面单元5所实现的相位补偿。
[0080]
因此，结合上述计算关系，所述第二透射区内排布的各个所述透射型超表面单元5的整体优化目标函数为：
[0081][0082]
进一步，对于反射型超表面单元在反射型超表面1上的设置方式，在一些优选的实施方式中，所述反射型超表面1上各个反射型超表面单元在正交方向上所需要的相位补偿分别为：
[0083][0084]
其中k为操作频率处的波数，d(i,j)为馈源天线6相位中心到第(i,j)个反射型超表面单元几何中心的距离，为波束的辐射方向，(x(i,j),y(i,j))为第(i,j)个反射型超表面单元几何中心的坐标；
[0085]
所述反射型超表面1上各个反射型超表面单元正交方向上的最小相位补偿误差的目标函数为：
[0086]
δφ
min
(i,j)＝|φ
x
(l
x
,ly)-φ
x
(i,j)|+|φy(ly,l
x
)-φy(i,j)|
[0087]
其中φ
x
(l
x
,ly)为第(i,j)个超表面单元在x方向所实现的相位补偿，φy(ly,l
x
)为第(i,j)个超表面单元在y方向所实现的相位补偿。
[0088]
进一步，在一些优选的实施例中，所述透射型超表面4包括：至少两层介质板；
[0089]
两层所述介质板相互远离的表面上均设有若干间隔平行的金属条带，且两个表面上的所述金属条带呈正交设置。
[0090]
参照图17，具体的，所述介质板设置为两层，所述透射型超表面单元5的金属开口环结构印制在所述两层介质板之间，所述金属条带设置在所述两层介质板相互远离的一面。所述透射型超表面单元5的周期尺寸为9mm；所述金属条带的宽度为0.9mm，所述金属条带之间的缝隙宽度为0.9mm。
[0091]
参照图18，所印制的透射型超表面单元5的金属开口环结构包括：
[0092]
两个弧段部，两个所述弧段部处于同一圆周上并呈圆心对称，两所述弧段部在圆周方向上间隔形成开口角，所述弧段部为金属结构；
[0093]
连接条带，其沿径向连接两个弧段部的中点，所述连接条带为方型金属结构。
[0094]
具体的，所述弧段部的内径为3.2mm，所述弧段部的外径为4.3mm；所述连接条带的宽度为1.8mm。
[0095]
基于上述方案，本技术提供了一种具体的实施方案：
[0096]
本具体实施方式公开了一种基于双超表面的带宽增强型折叠反射阵列天线，如图1所示，包括反射型超表面1，若干反射型超表面单元2，极化栅阵列3，透射型超表面4，若干透射型超表面单元5，馈源天线6，支撑柱7。支撑柱7优选采用聚四氟乙烯之类的塑料材料以减少对辐射电磁波的反射，具体实施时可根据折叠反射阵列天线的辐射性能要求选用。
[0097]
极化栅阵列3安装在反射型超表面1上方h1＝67.05mm处，透射型超表面4安装在极化栅阵列3上方h2＝2.4mm处。优选地，可以设置四个支撑柱7，极化栅阵列3通过支撑柱7固
定在反射型超表面1上方，透射型超表面4也通过支撑柱7固定在极化栅阵列3上方。
[0098]
实施例中，反射型超表面1由多个对正交方向反射相位具备调节功能的反射型超表面单元2构成，馈源天线6嵌入在反射型超表面1的中间，反射型超表面1的下表面设置成金属底板以反射电磁波，透射型超表面4由多个对透射波极化和相位具备调节功能的透射型超表面单元5构成。
[0099]
所述的反射型超表面单元2设置在单层介质板8上，优选通过在单层介质板8上印制加载方形开口环的耶路撒冷十字型金属结构形成。
[0100]
所述的透射型超表面单元5的开口环结构印制在双层介质板之间，即第一介质板9和第二介质板10之间，第一介质板9的上表面和第二介质板10的下表面分别印制正交排布的金属条带11，优选通过在两层介质板之间印制沿对角线方向排布的金属开口环结构形成。
[0101]
本发明可以通过分别调节反射型超表面单元和透射型极化转换单元的尺寸来调节反射波和透射波的相位，不需要复杂的馈电电路。
[0102]
对于反射型超表面1，设有i
×
j个反射型超表面单元2等间距排列在单层介质板8上，为了实现正交极化转换，反射型超表面1上的各个反射型超表面单元2在正交方向上所需要的相位补偿如下式所示：
[0103][0104]
其中k为操作频率处的波数，d(i,j)为馈源天线相位中心到第(i,j)个超表面单元几何中心的距离，为波束的辐射方向，(x(i,j),y(i,j))为第(i,j)个超表面单元几何中心的坐标。在本设计中，天线的辐射方向设计为
[0105]
由于反射型超表面1口径上各个超表面单元在正交方向上存在互耦，为了能够进一步提升所设计的折叠反射阵列天线的口径效率，需要使得正交方向上的相位补偿误差最小。正交方向上的最小相位补偿误差的目标函数可以定义如下：
[0106]
δφ
min
(i,j)＝|φ
x
(l
x
,ly)-φ
x
(i,j)|+|φy(ly,l
x
)-φ
x
(i,j)|(2)
[0107]
其中φ
x
(l
x
,ly)为第(i,j)个超表面单元在x方向所实现的相位补偿，φy(ly,l
x
)为第(i,j)个超表面单元在y方向所实现的相位补偿。
[0108]
对于透射型超表面4，设有m
×
n个透射型各向异性超表面单元2等间距排列在第一介质板9和第二介质板10之间，为了对从极化栅阵列3透过的电磁波进行二次调节，实现宽带定向辐射。第i个频点处，透射型超表面4上第(m,n)个超表面单元所需要的相位补偿可以对通过时域有限积分法计算的近场电场相位进行共轭得到，具体如下式所示：
[0109][0110]
其中表示在第i个频点下，在透射型超表面4(x,y)处通过时域有限积分法计算的近场电场相位。由于空馈平面阵列天线的辐射性能由超表面上各个单元的相对相位所决定。因此，选择参考相位作为优化变量来进行设计，式(3)需要修正为：
[0111]
[0112]
其中表示第i个频点的参考相位。为了使各个频点处的相位补偿尽可能准确，一种基于照射因子的权重相位优化函数被构建，具体如下所示：
[0113][0114]
其中s(i)表示第i个频点处与超表面口径电尺寸相关的修正权重，w(i)(x,y)表示在(x,y)处超表面单元的照射权重，w(i)(x,y)一般取为(x,y)处通过时域有限积分法计算的归一化透射电场模值，φ
realized(i)
(x,y)表示在(x,y)处超表面单元所实现的相位补偿。最终，在一个排布m
×
n个单元的透射型超表面4上的整体优化目标函数可以表示为
[0115][0116]
在本实施例中，对一个尺寸为d1＝225mm的反射型超表面和一个尺寸为d2＝225mm的透射型超表面4进行优化设计，通过采用全局粒子群算法对式(2)和(6)进行寻优，设计了一种1-db增益带宽为20.8％的折叠反射阵列天线。对于反射型超表面，其在中心频率12ghz处正交方向上所需要的相位补偿如图2和3所示。通过优化设计，在正交方向上的相位补偿误差如图4所示。由图可知，反射型超表面在正交方向上的最大相位补偿误差仅为2.5
°
左右。根据上述分析可知，实现了理想的极化转换以及精确的相位补偿，带宽增强型折叠反射阵列天线的口径效率有望提高。对于透射型超表面4，选取在频点11ghz、11.5ghz、12ghz、12.5ghz以及13ghz处的透射相位进行优化。考虑到随着频率的提升，天线口径的电尺寸逐渐增大。因此，在上述五个频点处的修正权重分别设置为0.3，0.25，0.2，0.15，0.1。最终，经过优化各个频点处的参考相位分别为频点处的参考相位分别为11ghz、12ghz以及13ghz处的透射型超表面4口径上所需要的相位补偿、归一化照射权重以及相位补偿误差如图5～13所示。由图可知，经过优化后在各个频点处均能实现较准确的相位补偿。呈现出在照射权重大的地方，相位补偿误差小的特点。这也预示着在各个频点处均能实现良好的辐射增益，这将十分有利于宽带折叠反射阵列天线的实现。最终，优化后的透射型超表面4的结构形式如图14所示。
[0117]
反射型超表面单元的结构形式如图15和图16所示，加载方形开口环的耶路撒冷十字金属贴片设置在厚度为h＝3mm的单层介质板8上。反射型超表面单元的周期为pr＝9mm，在中心频率12ghz处相当于0.36λ。jerusalem十字的臂长为l
x
，ly，a
x
以及ay，其尺寸关系可以表示为：ay＝l
x
×
m，a
x
＝ly×
n。外部方形开口环的尺寸为b
x
和by，其与耶路撒冷十字的尺寸关系可以表示为l
x
＝b
x
，ly＝by。反射型超表面单元的尺寸具备亚波长特性。方形开口环由四条金属条带构成，金属条带的宽带w1＝0.2mm，耶路撒冷十字与方形开口环之间的间距为w2＝0.2mm。通过分别调节耶路撒冷十字的尺寸l
x
和ly可以实现对于x极化与y极化入射波反射相位的独立调控。
[0118]
透射型超表面单元5的结构形式如图17和图18所示，金属开口环结构设置在第一介质板9和第二介质板10之间，金属条带11正交排布在第一介质板9的顶部和第二介质板10的底部。透射型超表面单元5的周期尺寸p
t
＝9mm，在中心频率12ghz处相当于0.36λ，具有明显的亚波长特性。金属条带的宽度w3＝0.9mm，金属条带之间的缝隙宽度w4＝0.9mm。金属开
口环沿着对角线方向设置在两层介质板之间，金属开口环的外径r1＝4.3mm，金属开口环的内径r2＝3.2mm，金属开口环两臂之间的连接条带的宽度w5＝1.8mm。通过改变金属开口环的开口角θ，可以同时实现对于入射波的相位以及极化形式的调控。
[0119]
具体实施时，构成反射型超表面1的单层介质板8以及构成透射型超表面4的第一介质板9、第二介质板10优选采用单层罗杰斯5880介质板。
[0120]
反射型超表面单元在不同频率下的反射相位和反射系数如图19和图20所示，通过调节l
x
(或ly)的尺寸，在x极化入射波(或y极化入射波)照射下中心频率12ghz处的反射相位超过了490
°
。同时，由于金属底板的存在，在x极化入射波(或y极化入射波)照射下的反射系数均高于0.97。
[0121]
反射型超表面单元在不同ly以及不同l
x
时的反射相位如图21和图22所示，当ly变化时，x方向的最大相位偏差为42
°
。当l
x
变化时，y方向的最大相位偏差为44
°
。因此，提出的各向异性反射型超表面单元在正交方向上展现出了低互耦的特性。
[0122]
透射型超表面单元随着频率变化的透射相位与透射系数如图23和图24所示，通过改变开口环的角度θ从40
°
向150
°
变化，透射相位∠t
xy
在中心频率12ghz处能够达到180
°
，在11ghz到13ghz的频带范围内透射系数均高于0.95。此外，额外的180
°
透射相位可以通过对极化转换单元沿着y轴镜像得到。
[0123]
所设计的带宽增强型折叠反射阵列天线的辐射方向图如图25～28所示。由图可知，所设计的带宽增强型折叠反射阵列天线在10.5ghz、11.5ghz、12.5ghz以及13.5ghz处均能实现准直辐射。在10.5ghz、11.5ghz、12.5ghz以及13.5ghz处的副瓣电平分别为-18.3db，-14.4db，-14.2db以及-11.8db。此外，在10.5ghz到13.5ghz频带内的交叉极化均低于-14db，实现了良好的交叉极化转换性能。
[0124]
所设计的带宽增强型折叠反射阵列天线随频率变化的增益和口径效率分别如图29和图30所示。由图可知，所设计的宽增强型折叠反射阵列天线的1-db增益带宽为20.8％，3-db增益带宽为28.3％，最大口径效率为31.5％。
[0125]
最终本发明所公开的基于双超表面的折叠反射阵列天线，所具有的有益效果为：
[0126]
1)该种天线能够在一个宽频带范围内辐射高增益的定向波束，能够应用在远距离卫星通信、军事雷达以及信息对抗等领域中；
[0127]
2)通过本发明公开的基于多频点近场相位匹配的共口径优化方法，该种方法可以精确的对透射型极化转换超表面的相位分布进行优化设计，从而达到拓展折叠反射阵列天线带宽的效果；
[0128]
3)通过本发明公开的双极化相位匹配的优化方法，该种方法可以对反射型各向异性超表面正交方向的相位进行优化设计，从而起到提升折叠反射阵列天线口径效率的效果；
[0129]
4)该种天线相较于传统的反射阵列天线，具有剖面低、结构紧凑以及无馈源遮挡的优势。
[0130]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该
要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0131]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0132]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，其包括：馈源天线；反射型超表面，其连接于所述馈源天线周侧，包括若干等间距排列的反射型超表面单元；极化栅阵列，其间隔设置于所述反射型超表面一侧，至少部分所述极化栅阵列形成对应覆盖所述反射型超表面的第一透射区；透射型超表面，其间隔设于所述极化栅阵列远离所述反射型超表面的一侧，至少部分所述透射型超表面形成对应覆盖所述第一透射区的第二透射区，所述透射型超表面至少在所述第二透射区内包括若干等间距排列的透射型超表面单元。2.如权利要求1所述的基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，所述第二透射区内各个所述透射型超表面单元所需要的相位补偿，根据时域有限积分法计算的在多个待优化频点处透射型超表面单元中心位置处的电场相位以及相应频点处的参考相位得到；其中，第二透射区在(x,y)所需要的相位补偿：其中表示在第i个频点下，在第二透射区(x,y)处通过时域有限积分法计算的电场相位；表示第i个频点的参考相位。3.如权利要求2所述的基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，各个频点处的参考相位通过对基于照射因子的权重相位优化函数寻优得到；基于照射因子的权重相位优化函数包括：其中s
(i)
表示第i个频点处与透射型超表面口径的电尺寸相关的修正权重，w
(i)
(x,y)表示在第二透射区(x,y)处透射型超表面单元的照射权重，w
(i)
(x,y)取为在第二透射区(x,y)处通过时域有限积分法计算的归一化透射电场模值，φ
realized(i)
(x,y)表示在第二透射区(x,y)处透射型超表面单元所实现的相位补偿。4.如权利要求3所述的基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，所述第二透射区内排布的各个所述透射型超表面单元的整体优化目标函数为：5.如权利要求1所述的基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，所述反射型超表面上各个反射型超表面单元在正交方向上所需要的相位补偿分别为：其中k为操作频率处的波数，d(i,j)为馈源天线相位中心到第(i,j)个反射型超表面单元几何中心的距离，为波束的辐射方向，(x(i,j),y(i,j))为第(i,j)个反射型超表
面单元几何中心的坐标；所述反射型超表面上各个反射型超表面单元正交方向上的最小相位补偿误差的目标函数为：δφ
min
(i,j)＝|φ
x
(l
x
,l
y
)-φ
x
(i,j)|+|φ
y
(l
y
,l
x
)-φ
y
(i,j)|其中φ
x
(l
x
,l
y
)为第(i,j)个超表面单元在x方向所实现的相位补偿，φ
y
(l
y
,l
x
)为第(i,j)个超表面单元在y方向所实现的相位补偿。6.如权利要求1所述的基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，所述透射型超表面包括：至少两层介质板；两层所述介质板相互远离的表面上均设有若干间隔平行的金属条带，且两个表面上的所述金属条带呈正交设置。7.如权利要求6所述的基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，所述介质板设置为两层，所述透射型超表面单元开口环结构设置在所述两层介质板之间，所述金属条带设置在所述两层介质板相互远离的一面。8.如权利要求6所述的基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，所述透射型超表面单元的周期尺寸为9mm；所述金属条带的宽度为0.9mm，所述金属条带之间的缝隙宽度为0.9mm。9.如权利要求6所述的基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，所述透射型超表面单元呈开口环结构设置，包括：两个弧段部，两个所述弧段部处于同一圆周上并呈圆心对称，两个所述弧段部在圆周方向上间隔形成开口角，所述弧段部为金属结构；连接条带，其沿径向连接两个弧段部的中点，所述连接条带为方型金属结构。10.如权利要求8所述的基于双超表面的折叠反射阵列天线，其特征在于，所述弧段部的内径为3.2mm，所述弧段部的外径为4.3mm；所述连接条带的宽度为1.8mm。

技术总结
本发明提供一种基于双超表面的折叠反射阵列天线，其包括：馈源天线；反射型超表面，其连接于所述馈源天线周侧，包括若干等间距排列的反射型超表面单元；极化栅阵列，其间隔设置于反射型超表面一侧，至少部分所述极化栅阵列形成对应覆盖所述反射型超表面的第一透射区；透射型超表面，其间隔设于所述极化栅阵列远离所述反射型超表面的一侧，至少部分所述透射型超表面形成对应覆盖所述第一透射区的第二透射区，所述透射型超表面至少在所述第二透射区内包括若干等间距排列的透射型超表面单元。上述方案，能够对传统折叠反射阵列天线辐射的电磁波相位进行二次调节，最终实现对折叠反射阵列天线增益带宽的拓展。列天线增益带宽的拓展。列天线增益带宽的拓展。


技术研发人员：余振宇 张力 黄鑫鑫 崔跃军 贾昆 蒋超 余彩云 王嘉欣 黄邦祺
受保护的技术使用者：湖北航天技术研究院总体设计所
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/10/6