CN105718692B - 可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜 - Google Patents

Abstract

本发明属于可调超表面技术领域，具体为一种可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜。本发明透镜由2Nx*Ny个TGMS单元延拓组成，且透镜上TGMS单元结构沿x轴关于原点对称，对沿X轴和‑X轴的Nx列TGMS单元分别依次施加电压VNx，…V1；所加电压根据抛物线梯度相位修正方法确定；其中TGMS单元由上层主、副谐振器，中间介质板以及下层金属接地板三部分组成；主谐振器为I型金属结构，由水平金属条、垂直金属条以及焊接于垂直金属条开口之间的变容管组成；副谐振器由一对大小相同的金属贴片组成；外加电压通过水平金属条馈电加在变容管上。本发明实现了TGMS单元谐振频率和相位的实时调控，为宽带、多功能透镜提供了新的方法和手段，解决了微带阵天线两大瓶颈。

Description

可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜

技术领域

本发明属于可调超表面技术领域，具体涉及一种可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜。

背景技术

近年来，人们基于梯度超表面（GMS）发现了广义Snell折射/反射定律，开辟了控制电磁波和光的全新途径和领域，正在推动新一轮技术革新，GMS也因此成为异向介质新的分枝和研究热点。相对于较为成熟的均匀超表面，GMS是基于相位突变思想设计的一种二维梯度结构，可对电磁波的激发、极化和传输进行灵活控制，实现奇异折射/反射、极化旋转以及非对称传输等奇异功能，具有更加强大的电磁波调控能力，在隐身表面、共形天线、数字编码、平板印刷等方面显示了巨大的潜在应用价值，成为各国抢夺的一个学科制高点和学科前沿。尽管如此，以往GMS一旦工作频率改变，要想得到同样的电磁特性必须重新设计结构参数，效率低、可复用性差，且目前对于可调超表面的研究也仅局限于均匀超表面，至今还未见关于可调梯度超表面（Tunable GMS，TGMS）的公开报道。

微带反射阵/透射阵天线由于其剖面低、重量轻、体积小、增益高而广泛应用于卫星通讯，然而微带阵天线有两大瓶颈亟待解决和突破。一是无源微带阵单元工作于谐振频率附近，相位随频率变化剧烈，呈现强色散关系，在偏离中心工作频率时，抛物梯度遭到破坏，微带阵焦距随频率偏移不断变化，天线增益急剧下降，天线工作频率较窄；二是特定频率处，微带阵的结构参数一旦固定天线的焦距和辐射性能不能被任意调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决现有微带阵天线两大瓶颈的可调超表面的抛物线梯度相位修正方法及变/定焦距透镜。

本发明提出的基于可调梯度超表面的抛物线梯度相位修正方法，具体步骤为（见图1）：

第一步：根据实际需要预先给定透镜焦距F、口径D、单元周期p _i和初始工作频率f ₀。透镜上的相位分布是关于和的函数：，这里为透镜的工作频率，为第个TGMS单元在透镜口径上的位置坐标，为工作频率处的波长；

并通过F、D、p _i和f ₀确定单元数目N和透镜的初始抛物相位梯度φ _i ^j0，根据实际单元结构确定初始电容C _i ^j0。具体通过确定TGMS单元数目，通过确定φ _i ^j0，通过仿真软件CST计算出实际TGMS结构单元的相位值，并根据透镜的初始抛物相位梯度φ _i ^j0确定初始电容C _i ^j0。

第二步：对N个单元的反射相位依次进行扫描仿真，保持其它参数不变，扫描不同电容C _t对应的相位分布，得到N个单元在不同频率下的电容-相位（C–φ）分布；

第三步：根据C–φ，并通过寻根算法得到不同频率处N单元所需电容C _i ^j，以某单元在特定频率和C _i ^j0情形下的反射相位为基准点，通过对C–φ分布进行三次样条插值，得到该情形下满足抛物相位梯度时其余N-1个单元的实际φ_i ^j/C _i ^j组合，这里i表示单元数，j表示组号（观察频率数），若各单元得到的C _i ^j均在变容管可达到的电容范围内，则记录该组电容值C _i ^j，改变初始电容C _i ^j0，重复循环上述步骤直至C _i ^j0遍历电容范围内所有值，记录所有可能的C _i ^j组合（不唯一），选择电容跨越范围最小的一组以保证最优梯度工作带宽，若C _i ^j0遍历所有值后均不能找到满足要求的一组参数，则结束扫描且该频率为满足抛物梯度的边界工作频率，若该频率处找到一组最优解则重复循环上述步骤运算下一频率j+1，找到所有频率处满足要求的φ_i ^j/C _i ^j组合；

第四步，根据获得的电容C _i ^j组合并通过变容管的电容-电压（C-V）分布反推获得电压组合V _i ^j，这里需要对C-V曲线进行插值计算精确获得各频率处所需的电压组合V _i。

以上步骤均通过matlab编程实现。

本发明关于可调梯度超表面单元结构与变/定焦距透镜的设计

为实现变/定焦距多功能透镜，TGMS单元必须具有足够的相位调控范围和频率调控范围。本发明采用主、副两种模式级联的方法实现宽频大相位调控。TGMS单元拓扑结构和等效电路如图2所示，TGMS单元由上层主、副谐振器，中间介质板以及下层金属接地板三部分组成。由于金属接地板（背板）的作用，本发明属于反射体系，电磁波入射到TGMS单元没有透射只有反射。其中，主谐振器为I型金属结构，由水平金属条、垂直金属条以及焊接于垂直金属条开口之间的变容二极管（变容管）组成；副谐振器由一对大小相同的金属贴片组成。外加电压通过水平金属条馈电加在变容管上。其中，w ₁、h _i为I形金属结构的垂直金属线宽度和长度，d ₁、d ₂为I形金属结构与贴片在x、y方向的间距，h为介质板的厚度，d ₃=h _i-2d ₁为贴片的高度，w ₃为贴片的宽度，C _t为变容管的总电容，p _x、p _y为TGMS单元在x和y方向的周期长度，w ₂为水平偏置线的宽度且满足w ₂<w ₁。工作时，平面电磁波沿-z方向垂直入射到TGMS单元上，电场沿x轴方向激励。受外界电、磁场驱动，主、副谐振器分别与接地板之间形成特定频率下的磁谐振。I形金属结构中线宽很窄的水平金属条用于提供高电抗值，发挥直流偏置功能，防止高频微波信号进入直流源而对直流偏压没有影响，从而提高电路的稳定性。

设R _s、L _s、C _s分别代表变容管的寄生电阻、封装引线电感和管壳电容，C _j代表管芯的结电容。由于C _s的影响较小一般可以忽略，变容管的等效电路模型可用串联的R _s、L _s和C _j来等效，其中，L _s=0.7nH，R _s≈1.5Ω，C _j随电压变化的典型曲线如图2（b）插图所示。当变容管两端加上很小的反向偏置电压时，变容管呈现很大的容值，在0V时呈现最大电容C _j=1.24pF；当反向电压逐渐增大时，C _j不断变小，直到门限电压30V时电容达到最小为C _j=0.31pF。TGMS单元中主、副谐振器的磁响应分别由串联支路L ₁、C ₁和R ₁以及L ₂、C ₂和R ₂来等效，而电磁波在介质板中的传输效应由阻抗为Z _c，长度为h _o的传输线等效，金属接地板由接地等效。电感L ₁由I形金属结构的垂直金属线电感和变容管的引线电感组成，电容C ₁即包含相邻单元水平金属线形成的缝隙电容又包括变容管的结电容，电感L ₂表示微带贴片产生的感性响应，而电容C ₂既包含贴片的容性效应又包含贴片与I结构之间的耦合，R ₁和R ₂用来表征损耗。根据传输线理论，TGMS单元产生的两个磁谐振频率分别由和决定，在和处存在两个反射谷且反射相位发生突变。通过调谐I形金属结构、贴片的物理尺寸以及变容管的结电容可以任意操控f ₁和f ₂的大小，从而在工作频率f ₀处获得具有任意相位的TGMS单元。

根据抛物相位梯度分布，最终本发明设计的透镜由2Nx*Ny个上述TGMS单元延拓组成，2Nx为X轴方向上的TGMS单元数，Ny为Y轴方向上的TGMS单元数，且透镜上TGMS单元结构沿x轴关于原点对称，这里Nx通过确定，Ny满足。对沿X轴和-X轴的Nx列TGMS单元分别依次施加电压V_Nx，V_Nx-1 …V2，V1，这里所加电压根据上述抛物线梯度相位修正方法确定。

实施例中选取Nx=6和Ny=9，具体地，透镜沿x和-x轴分别由六个h _i不同的TGMS单元由大到小顺序排列组成（h _i=10.5，10.1，9.52，8.7，7.36和5.5mm），即x和-x轴上TGMS单元关于原点对称排列，六个单元所加电压依次为V₆、V₅、V₄、V₃、V₂和V₁，这里所加电压根据上述抛物线梯度相位修正方法确定，透镜沿y方向由第一排TGMS单元分别周期重复Ny=9个形成，即透镜每列TGMS单元的h _i大小相同。

其中，透镜的工作频率须选择在所有TGMS单元的频率调控范围内，即由透镜上各单元的公共频率调控范围决定，初始抛物梯度在给定初始电容C _i ^j0的情形下通过调整Nx个TGMS单元的尺寸h _i实现。

在上述公共频段范围内，利用TGMS的相位补偿特特性并通过本发明的抛物梯度相位纠正方法可以计算各单元上的修正电压V₁，V₂，V₃……V_Nx，通过在变容管上加载这些电压可以恢复和修正透镜在各频率处的完美抛物梯度，从而在不同频率处可以实现定焦距透镜（消色差透镜），消去相位色散引起的透镜色差问题。而通过对不同焦距的消色差透镜的修正电压进行切换，可以在消色差透镜的公共频段内处实现变焦距透镜。

本发明利用有源器件的相位调控作用对工作频段范围内各频率处各超表面单元的相位进行实时补偿和修正，从而一方面可以恢复超表面在各工作频率处的完美抛物线性相位梯度（定焦距），另一方面可以在特定频率处实现超表面不同的抛物线相位梯度（变焦距）。前者TGMS具有很宽的工作带宽，具有消色差功能；后者TGMS具有很大的功能灵活性和多样性。本发明实现了TGMS单元谐振频率和相位的实时调控，获得了TGMS的奇异动态电磁特性，为宽带、多功能透镜提供了新的方法和手段，解决了微带阵天线两大瓶颈。

附图说明

图1为可调梯度超表面的抛物线梯度相位修正方法流程图。

图2为TGMS单元的（a）拓扑结构与（b）等效电路模型。

图3为TGMS单元在f ₁和f ₂处的（a）幅度与（b）相位响应曲线。单元结构参数为p _x=p _y=12mm，w ₁=0.8mm，w ₂=0.5mm，w ₃=5.1mm，d ₁=0.25mm，d ₂=0.5mm，d ₃=10mm和h _i=10.5mm，这里提取的电路参数为L ₁=18.76nH，C ₁=0.111pF，L ₂=0.059nH，C ₂=0.196pF，R ₁=8.37Ω，R ₂=0.114Ω，Z _c=204.9Ω和h _o=58.9°。

图4为TGMS单元在f ₁和f ₂处的电场与电流分布。

图5为TGMS单元在不同电压下的反射幅度、相位曲线。单元的结构参数为d ₃=6.86mm和h _i=7.36mm，其余参数与图3相同。

图6为多功能透镜的拓扑结构。6个单元的结构参数分别为h _i依次为5.5，7.36，8.7，9.52，10.1和10.5 mm，其它结构参数与图3相同。

图7为多功能透镜在5.5GHz处F=60mm时的（a）初始抛物梯度与（b）6单元的幅度、相位响应曲线。

图8为多功能透镜中六个单元的相位随频率、电容变化的二维谱。

图9为六个定焦距透镜所需要的偏置电压。

图10为六个定焦距透镜中六个单元的幅度、相位响应频谱。

图11为变焦距透镜（第一排）与定焦距透镜（后两排）的仿真电场幅度（E _x分量）。

图12为无源透镜在不同频率处的仿真电场幅度（E _x分量）。

具体实施方式

为实现变/定焦距多功能透镜，TGMS单元必须具有足够的相位调控范围和频率调控范围。本发明采用主、副两种模式级联的方法实现宽频大相位调控。TGMS单元拓扑结构和等效电路如图2所示，TGMS单元由上层主、副谐振器，中间介质板以及下层金属接地板三部分组成。由于金属接地板（背板）的作用，本发明属于反射体系，电磁波入射到TGMS单元没有透射只有反射。其中，主谐振器为I型金属结构，由水平金属条、垂直金属条以及焊接于垂直金属条开口之间的变容二极管（变容管）组成，副谐振器由一对大小相同的金属贴片组成。外加电压通过水平金属条馈电加在变容管上。其中，w ₁、h _i为I形金属结构的垂直金属线宽度和长度，d ₁、d ₂为I形金属结构与贴片在x、y方向的间距，h为介质板的厚度，d ₃=h _i-2d ₁为贴片的高度，w ₃为贴片的宽度，C _t为变容管的总电容，p _x、p _y为TGMS单元在x和y方向的周期长度，w ₂为水平偏置线的宽度且满足w ₂<w ₁。工作时，平面电磁波沿-z方向垂直入射到TGMS单元上，电场沿x轴方向激励。受外界电、磁场驱动，主、副谐振器分别与接地板之间形成特定频率下的磁谐振。I形金属结构中线宽很窄的水平金属条用于提供高电抗值，发挥直流偏置功能，防止高频微波信号进入直流源而对直流偏压没有影响，从而提高电路的稳定性。实施例中，介质板采用聚四氟乙烯玻璃布板，介电常数ε _r =2.65，厚度h=6 mm，电正切损耗tanσ=0.001，变容管采用SMV1430-079LF。

如图2（b）所示，R _s，L _s，C _s分别代表变容管的寄生电阻，封装引线电感和管壳电容，C _j代表管芯的结电容。由于C _s的影响较小一般可以忽略，变容管的等效电路模型可用串联的R _s、L _s和C _j来等效，其中L _s=0.7nH，R _s≈1.5Ω，C _j随电压变化的典型曲线如图2（b）插图所示。当变容管两端加上很小的反向偏置电压时，变容管呈现很大的容值，在0V时呈现最大电容C _j=1.24pF；当反向电压逐渐增大时，C _j不断变小，直到门限电压30V时电容达到最小为C _j=0.31pF。TGMS单元中主、副谐振器的磁响应分别由串联支路L ₁、C ₁和R ₁以及L ₂、C ₂和R ₂来等效，而电磁波在介质板中的传输效应由阻抗为Z _c，长度为h _o的传输线等效，金属接地板由接地等效。电感L ₁由I形金属结构的垂直金属线电感和变容管的引线电感组成，电容C ₁即包含相邻单元水平金属线形成的缝隙电容又包括变容管的结电容，电感L ₂表示微带贴片产生的感性响应，而电容C ₂既包含贴片的容性效应又包含贴片与I结构之间的耦合，R ₁和R ₂用来表征损耗。根据传输线理论，TGMS单元产生的两个磁谐振频率分别由和决定，在和处存在两个反射谷且反射相位发生突变。通过调谐I形金属结构、贴片的物理尺寸以及变容管的结电容可以任意操控f ₁和f ₂的大小，从而在工作频率f ₀处获得具有任意相位的TGMS单元。

为说明TGMS单元的宽带电磁特性，图3给出了有贴片和无贴片两种情形下TGMS单元的电磁特性。可以看出，没有贴片时无论h=1.5 mm还是h=6 mm，TGMS单元均只有一个谐振点且谐振f ₁处的反射幅度和相位变化剧烈。当频率偏离f ₁时单元的相位很快趋于一致（渐近行为），相位调控频率范围非常窄，Q值很高。当引入金属贴片后，TGMS单元明显存在两个谐振点f ₁、f ₂且f ₁、f ₂处的谐振强度和相位变化急剧程度减弱，Q值有效降低，反射幅度大且一致性好，相位的频率调控范围明显展宽。同时还可以看出，当介质板厚度由1.5mm增加到6mm时TGMS单元的谐振强度和相位变化急剧程度同样减弱，Q值降低，但这种方式增加的相位调控范围有限，且单元纵向尺寸增大，因此本发明选择h≤6 mm。

图3为TGMS单元在f ₁和f ₂处的（a）幅度与（b）相位响应曲线。单元结构参数为p _i=p _x=p _y=12mm，w ₁=0.8mm，w ₂=0.5mm，w ₃=5.1mm，d ₁=0.25mm，d ₂=0.5mm，d ₃=10mm和h _i=10.5mm，这里提取的电路参数为L ₁=18.76nH，C ₁=0.111pF，L ₂=0.059nH，C ₂=0.196pF，R ₁=8.37Ω，R ₂=0.114Ω，Z _c=204.9Ω和h _o=58.9°。

为深入揭示TGMS单元的工作机制，图4给出了TGMS单元在f ₁、f ₂处的电场和电流分布。从电流分布可以看出，f ₁处金属板和上层金属结构之间形成的传导电流和位移电流主要集中于I结构附近且贴片上的电流方向不一致，相反f ₂处贴片上具有一致的电流。从电场分布可以看出，f ₁处强电场主要局域于相邻单元上下边界区域而f ₂处电场主要集中于贴片和I结构之间。因此可知谐振模式f ₁主要由I结构产生，而模式f ₂来源于由贴片以及金属和I结构之间产生的耦合作用，该耦合作用导致f ₂向高频偏移。然而f ₁处贴片与I结构耦合非常弱，因此f ₁基本不受贴片影响，这使得我们对f ₁和f ₂可以单独调控。

为说明变容管对TGMS单元的宽频相位调控特性，图5给出了TGMS单元在不同电压下的电磁频谱特性。可以看出当外加电压从0V逐渐增加到30V时，TGMS单元的谐振点逐渐向高频移动，频率调控范围从4GHz一直延续到7GHz且反射幅度均大于0.9，同时相位在4~7GHz范围内均有变化且相位的最大变化跨度在5.5GHz附近达到176°，具有很宽的频率调控范围和较大的相位调控跨度。

图6为多功能透镜的拓扑结构，透镜的初始工作频率设计在f ₀=5.5 GHz，此时C _i ^j0=1.2 pF，F=60 mm，初始抛物梯度通过调整六个TGMS单元的尺寸h _i实现。透镜由2Nx*Ny=12*9个上述TGMS单元组成且透镜上TGMS单元结构沿x轴关于原点对称，透镜的尺寸为144×108mm²。六个单元的结构参数分别为h _i=10.5，10.1，9.52，8.7，7.36和5.5mm，其它结构参数与图3相同。六个单元所加电压依次为V₆、V₅、V₄、V₃、V₂和V₁，这里所加电压根据抛物线梯度相位修正方法确定，具体如下：

第一步：根据实际需要预先给定透镜焦距F、口径D、单元周期p _i和初始工作频率f ₀。根据，并通过F、D、p _i和f ₀确定单元数目N和透镜的初始抛物相位相位梯度φ _i ^j0，根据实际单元结构确定初始电容C _i ^j0。这里为透镜的工作频率，为第个TGMS单元在透镜口径上的位置坐标，为工作频率处的波长，是透镜上的相位分布，是关于和的函数。具体通过确定单元数目，通过确定φ _i ^j0，通过仿真软件CST计算出实际TGMS结构单元的相位值并根据φ _i ^j0确定C _i ^j0。

第二步：对N个单元的反射相位依次进行扫描仿真，保持其它参数不变，扫描不同电容C _t对应的相位分布，得到N个单元在不同频率下的电容-相位（C–φ）分布；

第三步：根据C–φ，并通过寻根算法得到不同频率处N单元所需电容C _i ^j，以某单元在特定频率和C _i ^j0情形下的反射相位为基准点，通过对C–φ分布进行三次样条插值，得到该情形下满足抛物相位梯度时其余N-1个单元的实际φ_i ^j/C _i ^j组合，这里i表示单元数，j表示组号（观察频率数），若各单元得到的C _i ^j均在变容管可达到的电容范围内，则记录该组电容值C _i ^j，改变初始电容C _i ^j0，重复循环上述步骤直至C _i ^j0遍历电容范围内所有值，记录所有可能的C _i ^j组合（不唯一），选择电容跨越范围最小的一组以保证最优梯度工作带宽，若C _i ^j0遍历所有值后均不能找到满足要求的一组参数，则结束扫描且该频率为满足抛物梯度的边界工作频率，若该频率处找到一组最优解则重复循环上述步骤运算下一频率j+1，找到所有频率处满足要求的φ_i ^j/C _i ^j组合；

第四步，根据获得的电容C _i ^j组合并通过变容管的电容-电压（C-V）分布反推获得电压组合V _i ^j，这里需要对C-V曲线进行插值计算精确获得各频率处所需的电压组合V _i。

以上步骤均通过matlab编程实现。

图7给出了透镜沿x方向的相位分布以及六个单元的反射幅度、相位频谱曲线。可以看出5.5 GHz处六个单元的相位为215.1°，273.4°，325.9°，371.8°，406.9°和429.5°，具有完美的抛物线相位梯度，且单元的反射幅度均大于0.93，具有很好的幅度一致性。图8给出了六个单元随频率和C _t变化的二维反射相位谱。可以看出通过调谐C _t（），单元相位可以在3.2~7GHz范围内有效调动。由于随单元序号增加h _i逐渐增大，单元的谐振频率逐渐降低，因此单元的调控频率逐渐由高频向低频移动。同时还可以看出六个单元均在偏离谐振频率较远的边界频率处相位趋于一致，变容管相位调谐失效。

图9给出了基于抛物线梯度相位修正方法设计的六个定焦距透镜（消色差透镜）在每个频率处所需要的修正电压。通过修正电压对相位进行补偿，六个定焦距透镜的焦距分别从F=45mm依次变化到120mm且工作带宽非常可观，分别为4.3~6.3 GHz，4.6~6.355 GHz，4.7~6.455 GHz，4.8~6.505 GHz，4.855~6.605 GHz和4.91~6.11 GHz。通过对上述六个消色差透镜的修正电压依次进行切换，可以在上述公共频段4.91~6.11 GHz范围内实现变焦距透镜。

图10给出了各定焦距透镜中六个单元在纠正电压下的幅度、相位响应频谱，可以看出六个定焦距透镜的相位在工作频段内各个频率处均得到有效纠正，呈现完美抛物梯度，同时反射幅度均大于0.9，具有很好的幅度一致性。

图11给出了连续调谐电压下变焦距透镜与定焦距透镜的仿真电场幅度，所有情形下焦距两侧几乎对称的凸、凹波前验证了透镜的完美聚焦效果。对于定焦距透镜，任意三个频率4.9，5.5和6.4 GHz处焦距均保持在F=75 mm。而对于变焦距透镜，随着连续调谐电压不断切换5.5 GHz处焦点不断变化，焦距从45 mm每隔15mm依次被调谐到120 mm。为形成对比，我们对无源透镜进行了仿真，这里无源透镜采用加载特定电压的有源透镜模拟。无源透镜工作频率为5.5GHz，焦距为F=75 mm。可以看出，在工作频率5.5GHz处，透镜具有完美的聚焦效果且焦距为F=75 mm，而当频率偏离工作频率时，透镜在5.2，5.8，6.1和6.4 GHz处虽能有效聚焦但焦距分别变为F=120，63，78和92 mm，而在4.9 GHz处甚至观察不到聚焦效果，因此无源透镜的焦距因为单元的色散效应随工作频率不断变化，存在明显的色差效应。图12为无源透镜在不同频率处的仿真电场幅度（E _x分量）。

Claims (4)

1.一种变/定焦距透镜，是基于可调梯度超表面单元的，其特征在于所述可调梯度超表面单元，即TGMS单元，由上层主、副谐振器，中间介质板以及下层金属接地板三部分组成；其中，主谐振器为I型金属结构，由水平金属条、垂直金属条以及焊接于垂直金属条开口之间的变容二极管即变容管组成；副谐振器由一对大小相同的金属贴片组成；外加电压通过水平金属条馈电加在变容管上；其中，w ₁、h _i为I形金属结构的垂直金属线宽度和长度，d ₁、d ₂为I形金属结构与贴片在x、y方向的间距，h为介质板的厚度，d ₃=h _i-2d ₁为贴片的高度，w ₃为贴片的宽度，C _t为变容管的总电容，p _x、p _y为TGMS单元在x和y方向的周期长度，w ₂为水平偏置线的宽度且满足w ₂<w ₁；工作时，平面电磁波沿-z方向垂直入射到TGMS单元上，电场沿x轴方向激励；受外界电、磁场驱动，主、副谐振器分别与接地板之间形成特定频率下的磁谐振；I形金属结构中线宽很窄的水平金属条用于提供高电抗值，发挥直流偏置功能，防止高频微波信号进入直流源而对直流偏压没有影响，从而提高电路的稳定性；

根据抛物相位梯度分布，所述的变/定焦距透镜由2N_x*N_y个上述TGMS单元延拓组成，2N_x为X轴方向上的TGMS单元数，N_y为Y轴方向上的TGMS单元数，且透镜上TGMS单元结构沿x轴关于原点对称，这里N_x通过确定，N_y满足，为透镜的工作频率处的波长，对沿X轴和-X轴的N_x列TGMS单元分别依次施加电压VN_x，VN_x-1 …V₂，V₁，这里所加电压根据抛物线梯度相位修正方法确定。

2.根据权利要求1所述的变/定焦距透镜，其特征在于透镜的工作频率选择在所有TGMS单元的频率调控范围内，即由透镜上各单元的公共频率调控范围决定，初始抛物梯度在给定初始电容C _i ^j0的情形下通过调整N_x个TGMS单元的尺寸h _i实现。

3.根据权利要求1所述的变/定焦距透镜，其特征在于选取N_x=6，N_y=9；即透镜沿x和-x轴分别由六个h _i不同的TGMS单元由大到小顺序排列组成，h _i依次为10.5，10.1，9.52，8.7，7.36和5.5mm；六个单元所加电压依次为V₆、V₅、V₄、V₃、V₂和V₁；透镜每列TGMS单元的h _i大小相同。

4.关于权利要求1所述的变/定焦距透镜的抛物线梯度相位修正方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步：根据实际需要预先给定透镜焦距F、口径D、单元周期p _i和初始工作频率f ₀；透镜上的相位分布是关于和的函数：，这里为透镜的工作频率，为第个TGMS单元在透镜口径上的位置坐标，为工作频率处的波长；

通过确定TGMS单元数目，通过确定φ _i ^j0，通过仿真软件CST计算出实际TGMS结构单元的相位值，并根据透镜的初始抛物相位梯度φ _i ^j0确定初始电容C _i ^j0；

第二步：对N个单元的反射相位依次进行扫描仿真，保持其它参数不变，扫描不同电容C _t对应的相位分布，得到N个单元在不同频率下的电容-相位分布，即C–φ分布；

第三步：根据C–φ，并通过寻根算法得到不同频率处N单元所需电容C _i ^j，以某单元在特定频率和C _i ^j0情形下的反射相位为基准点，通过对C–φ分布进行三次样条插值，得到该情形下满足抛物相位梯度时其余N-1个单元的实际φ_i ^j/C _i ^j组合，这里i表示单元数，j表示组号即观察频率数；

若各单元得到的C _i ^j均在变容管可达到的电容范围内，则记录C _i ^j的电容值，改变初始电容C _i ^j0，重复循环上述步骤直至C _i ^j0遍历电容范围内所有值，记录所有可能的C _i ^j组合，选择电容跨越范围最小的一组以保证最优梯度工作带宽；若C _i ^j0遍历所有值后均不能找到满足要求的一组参数，则结束扫描且该频率为满足抛物梯度的边界工作频率，若该频率处找到一组最优解则重复循环上述步骤运算下一频率j+1，找到所有频率处满足要求的φ_i ^j/C _i ^j组合；

第四步，根据获得的电容C _i ^j组合并通过变容管的电容-电压分布，即C-V分布，反推获得电压组合V _i ^j，并对C-V曲线进行插值计算，精确获得各频率处所需的电压组合V _i。