CN114859536B - 一种基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线 - Google Patents

Abstract

一种基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，由集成了平面馈源天线的圆极化透反选择性全空间手征超表面以及底层金属反射板组成，上部平面馈源天线，馈源天线结构与超表面共用介质基板，平面馈源天线由一种圆极化微带贴片天线构成，超表面由若干个超表面单元按照波长或亚波长周期排列组成的正方形阵面构成；所使用的超表面单元包括三层金属层和夹在相邻金属层之间的两层介质基板与常见的折叠反射阵或折叠透射阵天线的光路设计相比，提供的多次折叠反射式天线将光路设计中镜面反射，即折叠的次数拓展到了三次，使得天线的剖面得以进一步降低至焦距的四分之一。

Description

一种基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线

技术领域

本发明属于人工电磁材料领域，具体涉及一种基于圆极化透反选择性全空间手征超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线。

背景技术

人工电磁表面又称电磁超表面，它是一种由亚波长尺寸单元结构按照一定的排布规律构造的二维平面结构，通过在电磁波入射分界面上引入不连续相位，超表面的提出打破了经典的斯涅耳定律的应用局限，为人们设计电磁波调控器件提供了新的思路。

由于具有灵活的波前调制功能，相位调制超表面在高增益天线领域具有较高的应用价值。一般来说，基于相位调制超表面的高增益天线，诸如透射阵或反射阵天线，其基本原理在于将馈源发射的球面波转化成平面波波前，最终在远场实现高定向波束的辐射方向图。得益于超表面的平面化结构，此类基于超表面的高增益天线往往具有平面易共形、低损耗、低成本等优势，在雷达探测、卫星通信、点对点通信等领域具有广泛的应用价值。然而，随着现代无线通信技术的发展，对天线集成度的要求越来越高，因此天线技术的发展往往具有小型化、低剖面的趋势。传统的透射阵或反射阵天线受限于焦距的长度，具有较高的剖面体积，针对这一问题，在随后的发展中，研究人员提出了诸如折叠反射阵以及折叠透射阵这一类的折叠式阵列天线，通过在馈源发出的电磁波的传播过程中引入镜面反射来折叠光路，在实现等效焦距的同时有效地降低了天线的整体剖面体积。受限与超表面的单一功能以及折叠式阵列天线的常用结构，目前所报道的基于超表面的折叠式高增益天线最多只引入了两次镜面反射，将天线的整体剖面体积降低到原有反射阵或透射阵的三分之一，但对于工作在低频的天线来说，焦距的之一仍然使得天线的剖面体积较大，因此期望能够通过多功能超表面结合新型折叠式阵列天线的结构来进一步降低天线的整体剖面高度。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述难题，提供了一种基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，旨在进一步降低折叠式天线的剖面实现天线的小型化。天线由一块集成了馈源天线的圆极化透反选择性全空间手征超表面和一块金属反射板构成。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，由集成了圆极化透反选择性全空间手征超表面的平面馈源天线以及底层金属反射板组成，上部平面馈源天线，馈源天线结构与超表面共用介质基板，平面馈源天线由一种圆极化微带贴片天线构成，超表面由若干个超表面单元波长或亚波长周期排列组成的正方形阵面构成；

所使用的超表面单元包括三层金属层和夹在相邻金属层之间的两层介质基板，上层金属层和下层金属层由右旋圆极化贴片构成，中间金属层为中心开孔的金属地板，使得连接上下层金属贴片的金属化孔得以通过，基于此种结构，超表面单元能够反射左旋圆极化波而使右旋圆极化波通过。

所使用的超表面包括由若干个超表面单元组成的正方形阵列结构，其中，每个超表面单元的上层金属贴片的旋转角度视所需的不同的透射相位而定，为了将馈源发出的球面波转化成最终的平面透射波，超表面上每一个单元对应的同极化透射相位满足下列公式所示的分布：

其中，

是超表面第m行，第n列单元对应的透射相位，λ是天线中心工作频率所对应的电磁波在真空中的波长，p是超表面单元的周期长度，f是所设计超表面透射聚焦功能的焦距，

是超表面中心位置所对应的参考透射相位。

基于上式我们计算得到超表面上每一单元对应所需的透射相位，继而根据超表面单元上层金属贴片旋转角与透射相位的关系，得到超表面上层金属层贴片的旋转角分布。

馈源天线集成至超表面之中，与超表面共用介质基板，通过印刷电路板工艺实现整体加工；底层实现转极化反射的结构为金属反射板。

多次折叠反射式天线为三次折叠光路的反射式天线光路结构，光路结构共包含三次镜面反射，即具有折叠效果；第一次镜面反射6发生在上方馈源天线发出的电磁波第一次到达下方金属反射板2的时候，第二次镜面反射8发生在被下方金属反射板反射的电磁波第一次到达上方超表面1的时候，第三次镜面反射9发生在电磁波第二次到达下方金属反射板2的时候，最终经过三次镜面反射后的电磁波再一次到达上方超表面1后透射过去在远场形成高定向性波束10。

所使用的超表面单元对于右旋圆极化波入射时的同极化透射波具有全相位调制功能，当绕单元中右旋转单元上层金属贴片时，可以实现覆盖360°范围的透射相位调制，与此同时左旋圆极化波入射下的同极化反射相位不会受到旋转上层金属贴片带来的影响。

针对圆极化入射波具有透反选择性的全空间手征超表面单元3，包括三层金属层和位于相邻金属层之间的两层介质基板。上层金属层和底层金属层由中间开长方形槽的圆形金属贴片构成，中间金属层为中心开圆孔的金属地板，用于使上层金属层和底层金属层通过金属化过孔连接导通；所设计的反射式天线的光路结构一共实现了三次折叠，即馈源天线发射的球面波在最终透射转化成平面波的过程中一共发生了三次镜面反射，使得天线(剖面)高度降低至四分之一焦距。

对于超表面单元3上下两层金属层所使用的圆极化贴片，在设计的过程中通过调整贴片偏移超表面单元中心的相对方向，可以将贴片的极化方式在左旋/右旋圆极化之间切换，以调整超表面单元针对圆极化波的不同组合的透反选择特性。在本实施例中，超表面单元上下层金属层均为右旋圆极化贴片，因而超表面单元对于左旋圆极化入射波可以实现同极化反射，对于右旋圆极化入射波可以实现同极化透射。

通过设计超表面单元上下层金属贴片的尺寸参数和偏移中心距离的大小，超表面单元在透/反射两种功能下，在中心频率附近均可实现幅值高于0.95的能量传输。

通过调整超表面单元3的上层金属贴片绕单元中心的旋转角θ的大小，实现对右旋圆极化入射波同极化透射的相位调控，当旋转角θ从0°调整到360°时，右旋圆极化入射波下的同极化透射系数在中心频率附近保持幅值高于0.95的同时，能实现覆盖360°范围的透射相位调控，并且调整θ的大小不会影响左旋圆极化入射波下的同极化反射的幅度与相位。

本发明又提供了一种集成了平面馈源天线4的圆极化透反选择性手征超表面1，该超表面由16*16个超表面单元3组成，呈正方形阵列排布，其中，位于中心位置的2*2个超表面单元被移除用于设计平面馈源天线4，每个手征超表面单元3的上层金属层贴片根据相位需要设置不同的旋转角。平面馈源天线4包括单层介质基板以及上下两层金属层结构，上层金属层结构为共用的超表面1的中间金属地板，下层金属结构为一种圆极化微带天线的贴片结构，这样一种集成式平面馈源的设计方案可以通过印刷电路板工艺直接进行整体加工。

基于上述的三次折叠光路结构和集成了平面馈源天线的圆极化透反选择性全空间手征超表面1，结合一块金属板作为底层反射板2，本发明还提供了一种低剖面高增益多次折叠反射式天线，馈源辐射出的球面波在最终辐射形成高定向波束前一共经历了三次镜面反射，天线整体剖面得以降低至约为四分之一焦距。为了在最终透过超表面的时候将球面波转化成均匀的平面波，所述超表面上的单元满足如下相位分布：

上述公式中，

是超表面第m行，第n列单元对应的透射相位，λ是天线的中心工作频率所对应的电磁波在真空中的波长，p是超表面单元的周期长度，f是所设计透射阵的焦距，

是超表面中心位置所对应的附加透射相位。基于上式我们计算得到超表面上每一单元对应所需的透射相位，继而根据超表面单元上层金属贴片旋转角与透射相位的关系，得到超表面上层金属层贴片的旋转角分布。

进一步的，根据口径天线理论，该多次折叠反射式天线的口径面效率可以通过下列公式计算：

其中，G是实际测试增益，λ是天线的中心工作频率所对应的电磁波在真空中的波长，A_p是天线实际物理口径面积。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、与常见的折叠反射阵或折叠透射阵天线的光路设计相比，本发明所提供的多次折叠反射式天线将光路设计中镜面反射，即折叠的次数拓展到了三次，使得天线的剖面得以进一步降低至焦距的四分之一，与传统的折叠反射阵和折叠透射阵天线相比，天线剖面分别降低了50％与25％；本发明所用的馈源天线具有集成式的平面结构，与其他折叠式阵列天线工作中使用的波导或喇叭天线相比，结构更加稳定、集成度更高、天线整体剖面更低、所占用实际的空间更少，因此更加适合高度集成的紧凑的现代无线通信系统。

2、本发明所提供的多次折叠反射式天线设计复杂度较低，由于底层仅为一块金属板结构，仅需设计上层集成了平面馈源天线的圆极化透反选择性全空间手征超表面即可。

3、与使用转极化超表面作为底层反射板的工作相比，本发明中的多次折叠反射式天线使用金属板实现对圆极化电磁波的转极化镜面反射功能，由于金属板在反射电磁波时，具有先天的非频率色散全反射的高效特性，本发明所提供的多次折叠反射式天线可以获得更高的口径面效率。

附图说明

图1是本发明提供的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线侧视剖面示意图。

图2是本发明实施例中超表面单元的结构示意图，其中图2(a)是单元的立体结构图，图2(b)和2(c)分别是单元上层金属贴片和底层金属贴片的俯视图。

图3是实施例中超表面单元的散射特性分析仿真结果，其中图3(a)和3(b)分别是单元在左旋圆极化波和右旋圆极化波入射下的散射幅度响应。

图4是实施例中超表面单元的透射相位调控仿真结果，其中图4(a)和4(b)分别是右旋圆极化波入射下的同极化透射波和左旋圆极化波入射下的同极化反射波随旋转上层金属贴片的相位响应。

图5是实施例中所设计的超表面上的理想透射相位离散分布图。

图6(a)是单元图，图6(b)是实施例实物示意图；图6(c)是实施例中实际组装的多次折叠反射式天线及其测试场景图片。

图7是实施例中多次折叠反射式天线回波损耗强度测试结果。

图8是实施例中多次折叠反射式天线的增益方向图测试结果，图8(a)和8(b)分别为多次折叠反射式天线在8.7GHz频率水平和垂直平面增益方向图测试结果。

图9是实施例中多次折叠反射式天线的增益和轴比随频率的变化曲线测试结果。

具体实施方式

下面结合说明附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

参照图1，本发明提供的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线由集成了平面馈源天线4的圆极化透反选择性全空间手征超表面1和底层金属反射板2构成，超表面由16*16个超表面单元3按照一定周期排列构成方形阵面，中心的2*2个单元被移除用于设置平面馈源天线。多次折叠反射式天线的口径尺寸，即超表面1的尺寸D＝256mm，天线的剖面高度H＝35mm，对应于中心工作频率8.7GHz仅为1λ，天线剖面高度与口径面大小之比H/D＝0.14。该天线的辐射机制如下：首先，位于上层超表面中心的平面馈源天线4辐射出的右旋圆极化波5照射到底层的金属反射板2上时发生了第一次镜面反射6，与此同时，反射波被金属板转极化至左旋圆极化波7，被反射的左旋圆极化波入射至上方的超表面1后发生第二次镜面反射8，与金属板2不同的是，超表面1对左旋圆极化波具有同极化反射特性，经过超表面1反射后的左旋圆极化波再一次到达底层的金属反射板2，随后发生第三次镜面反射9，同时被转化成右旋圆极化波，最终右旋圆极化波第二次到达上方超表面1并透射过去，经过透射相位调制后转化成均匀平面波辐射，在远场形成了高定向性右旋圆极化波束10。基于上述辐射机制，馈源发出的球面电磁波在最终转化成平面透射电磁波之前的过程中光路一共折叠了三次，即发生了三次镜面反射，多次折叠反射式天线的剖面得以降低到透射聚焦超表面预设焦距f的四分之一，即

H＝f/4；

基于此，相比较于传统的反射阵天线或透射阵天线，本发明提供的多次折叠反射式天线在保持高增益特性的同时可减少3/4的剖面高度；与常规的具有低剖面性质的折叠反射阵天线和折叠透射阵天线相比，本发明中的天线剖面高度分别降低了50％和25％，具有明显的低剖面特性。

图2给出了本发明提供的圆极化透反选择性全空间手征超表面单元3的结构示意图，参照图2(a)，所述超表面单元包括三层金属层以及夹在相邻两层金属层之间的两层介质基板，金属层由厚度为0.018mm的铜箔构成，上层介质基板331和下层介质基板332使用F4B板材，介电常数ε_r＝2.2，介质损耗因素tanδ＝0.001，厚度h＝2.5mm。中间金属层34充当金属地板的作用，中间开圆形孔使得连接上下两层金属层的金属化过孔32通过，金属化过孔直径d₁＝0.6mm，金属地板开孔直径d₂＝1mm。参照图2(b)和2(c)，超表面单元的周期长度p＝16mm，上层金属层311和下层金属层312均为中间开长方形槽的圆形金属贴片，圆形金属贴片直径r₁＝5.1mm，中心长方形槽长l₁＝8.2mm，宽w₁＝1.2mm，金属贴片沿对角线方向偏移单元中心距离s＝2.8mm。基于上述仿真优化后的参数数值，所设计超表面单元的上下金属层贴片近似于一种右旋圆极化贴片，通过连接彼此的金属化过孔实现相互之间的能量耦合。

参照图3，我们使用商业仿真软件CST Microwave Studio对上述超表面单元3的散射特性进行仿真，图3(a)和3(b)分别是超表面单元在左旋圆极化波和右旋圆极化波入射下的散射特性仿真结果。在所设计的天线中心工作频率8.7GHz附近，当左旋圆极化波入射时，同极化反射系数r_LL接近于1，即入射的能量大部分被反射，且极化依旧为左旋圆极化，其他极化分量的能量被抑制，r_LL大于0.9的频带为8.3～10GHz，相对带宽为18.6％；当右旋圆极化波入射时，同极化透射系数t_RR接近于1，即入射的能量均穿过超表面透射过去，且极化依旧为右旋圆极化，其他极化的透射能量被抑制，t_RR大于0.9的频带为8.3～9.6GHz，相对带宽为14.5％。

参照图4，超表面单元3的在右旋圆极化波入射下的透射相位可通过旋转上层金属贴片311进行调控，同时不会影响左旋圆极化波入射下的反射相位。右旋圆极化波入射下的透射相位响应参见左侧的图4(a)，选定某一频率，当超表面单元3的上层金属贴片311绕单元中心从0°旋转至360°时，同极化透射相位也随之线性变化，且相位变化值可以覆盖360°范围。左旋圆极化波入射下的反射相位参见右侧的图4(b),当上层金属贴片旋转时，反射相位几乎没有发生变化。

基于上述相位响应仿真分析结果，所提供的的超表面单元具有透射全相位调制功能，可以用来根据不同需求灵活设计具有特定透射相位分布的超表面，在本实施例中，需要设计一种具有透射聚焦相位分布的超表面来使得馈源发出的球面波最终转化成透射平面波，透射聚焦功能的超表面与相位分布对应关系可以为：

在上式中，

是超表面(x,y)坐标处的透射相位，λ是所设计天线的中心工作频率所对应的电磁波在真空中的波长，f是所设计透射阵的焦距，

是超表面中心原点(0,0)处所对应的透射相位。进一步的，参照图5，上述聚焦相位分布根据超表面周期长度p离散后可以表示为：

其中，

是超表面第m行，第n列单元对应的透射相位。

参照图6，在上述设计的基础之上，我们对基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线进行加工、组装与测试，图6(a)为加工制备的底层反射板的实物图片，图6(b)是组装后的多次折叠反射式天线整体图片，上层结构为圆极化透反选择性全空间手征超表面，下层结构为金属反射板，两层结构通过周围尼龙柱进行固定，馈源天线集成在上层超表面的中心位置，与常见的使用波导或喇叭天线作为馈源的折叠式阵列天线相比，本发明提供的使用集成式平面圆极化馈源的多次折叠反射式天线在整体剖面体积上更加紧凑，实际应用过程中不再需要额外高度的空间来放置馈源。图6(c)是实施例中的多次折叠反射式天线测试场景图片，实验在标准微波暗室中进行，以测试天线远场辐射性能，待测天线被固定在转台上，同轴电缆线连接2.92mm同轴连接器用来为天线馈电。通过测试标准增益天线在两种极化状态下接收到的各个角度能量的幅度与相位，来合成圆极化波分量，从而得到多次折叠反射式天线的增益方向图。

参照图7，我们首先给出了多次折叠天线的回波损耗强度测试结果，回波损耗强度越低表示天线阻抗匹配性能越佳，从天线输入端反射回馈电处的能量越少，天线辐射出去的能量越多。图示中多次折叠反射式天线回波损耗小于-10dB的频率范围是8.2～10.3GHz，相对带宽为22.7％，具有一定的宽带特性。

参照图8，在中心工作频率8.7GHz附近，所提供的多次折叠反射阵天线具有明显的高定向性辐射方向图。图8(a)和8(b)分别是天线在水平面和垂直平面内的二维远场增益方向图测试结果，其中，实线为右旋圆极化波分量测试结果，虚线为左旋圆极化波分量测试结果。明显的，在主波束方向上天线主极化成分为右旋圆极化波，水平面和垂直平面内3dB波束宽度均为8°，具有明显的笔状波束辐射方向图，主波束方向上交叉极化隔离度为-33.2dB，副瓣电平分别为-14.6dB和-13.9dB。

参照图9，我们给出了实施例中多次折叠反射式天线增益及轴比频率曲线测试结果，其中，五角星实线点线图代表增益测试结果，圆形虚线点线图为轴比测试结果，天线在8.7GHz处获得最大增益，值为24.5dBi。该多次折叠反射式天线的口径面效率可以通过口径面天线理论公式进行计算：

其中，G是实际测试增益，λ是天线中心工作频率所对应的电磁波在真空中的波长，A_p是天线物理口径面积。通过计算，本发明实施例中多次折叠反射式天线在其最大增益频率8.7GHz处口镜面效率为40.7％，与现有的圆极化折叠式阵列相比具有较高的口径面效率。所述多次折叠反射式天线在8.2-9.8GHz的频率范围内增益衰减不超过3dB，3dB增益带宽约为17.8％。与此同时，天线测试轴比在本发明研究的工作频率范围内(7.5-10.5GHz)均低于3dB，轴比越低代表圆极化纯净度越高，可见实施例中提供的圆极化多次折叠反射式天线在较宽频带范围内具有较高的极化纯净度。

区别于现有技术的情况，本发明提供了一种基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线。基于本发明提供的一种新型的光路折叠结构以及一种圆极化透反选择性全空间手征超表面，所述反射式天线在将馈源发出的球面波最终转化成平面投射波之前一共折叠了三次光路，即实现了三次镜面反射，折叠次数多于大部分现有的折叠式阵列天线工作，成功地将天线整体剖面降低到了四分之一焦距，所述实施例中多次折叠反射式天线剖面高度仅为1λ。所述圆极化透反选择性全空间手征超表面对左旋圆极化入射波具有反射特性，而对右旋圆极化入射波具有透射特性，且透射相位可通过旋转超表面单元上层金属贴片实现全相位调制。最终，所述多次折叠反射式天线具有低剖面、高口径面效率(40.7％)、宽带(-10dB阻抗匹配带宽为22.7％，3dB增益带宽为17.8％)、高极化纯净度以及集成式平面馈源等特性。本发明提供的多次折叠反射式天线的设计复杂度低，易于加工，可以用于高度集成化的紧凑型现代通信系统、雷达系统或卫星通信系统中。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，同样的结构可以通过等比例缩放所述多次折叠反射式天线装置的尺寸，灵活设计所述反射式天线装置的工作频段。并不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，皆应仍属于本发明覆盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，由集成了平面馈源天线的圆极化透反选择性全空间手征超表面以及底层金属反射板组成，上部平面馈源天线与超表面共用介质基板，平面馈源天线由一种圆极化微带贴片天线构成，超表面由若干个超表面单元按照波长或亚波长周期排列组成的正方形阵面构成；

所使用的超表面单元包括三层金属层和夹在相邻金属层之间的两层介质基板，上层金属层和下层金属层由右旋圆极化贴片构成，中间金属层为中心开孔的金属地板，使得连接上下层金属贴片的金属化孔得以通过，基于此种结构，超表面单元能够反射左旋圆极化波而使右旋圆极化波通过。

2.根据权利要求1所述的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，所使用的超表面包括由若干个超表面单元组成的正方形阵列结构，其中，每个超表面单元的上层金属贴片的旋转角度视所需的不同的透射相位而定，为将馈源发出的球面波转化成最终的平面透射波，超表面上每一个单元对应的同极化透射相位满足下列公式所示的分布：

其中，

是超表面第m行，第n列单元对应的透射相位，λ是天线中心工作频率所对应的电磁波在真空中的波长，p是超表面单元的周期长度，f是所设计超表面透射聚焦功能的焦距，

是超表面中心位置所对应的参考透射相位；

基于上式得到超表面上每一单元对应所需的透射相位，根据超表面单元上层金属贴片旋转角与透射相位的关系，得到超表面上层金属层贴片的旋转角分布。

3.根据权利要求1或2所述的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，馈源天线集成至超表面之中，与超表面共用介质基板，通过印刷电路板工艺实现整体加工；底层实现转极化反射的结构为金属反射板。

4.根据权利要求1或2所述的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，多次折叠反射式天线为三次折叠光路的反射式天线光路结构，光路结构共包含三次镜面反射；第一次镜面反射发生在上方馈源天线发出的电磁波第一次到达下方金属反射板的时候，第二次镜面反射发生在被下方金属反射板反射的电磁波第一次到达上方超表面的时候，第三次镜面反射发生在电磁波第二次到达下方金属反射板的时候，最终经过三次镜面反射后的电磁波再一次到达上方超表面后透射过去在远场形成高定向性波束。

5.根据权利要求1或2所述的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，所使用的超表面单元对于右旋圆极化波入射时的同极化透射波具有全相位调制功能，当绕超表面单元中心旋转单元上层金属贴片时，实现覆盖360°范围的透射相位调制，与此同时左旋圆极化波入射下的同极化反射相位不会受到旋转上层金属贴片带来的影响。

6.根据权利要求1或2所述的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，针对圆极化入射波具有透反选择性的全空间手征超表面单元，超表面单元包括三层金属层和位于相邻金属层之间的两层介质基板；上层金属层和底层金属层由中间开长方形槽的圆形金属贴片构成，中间金属层为中心开圆孔的金属地板，用于使上层金属层和底层金属层通过金属化过孔连接导通；所设计的反射式天线的光路结构一共实现了三次折叠构成基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，使得天线高度降低至四分之一焦距。

7.根据权利要求1或2所述的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，对于超表面单元上下两层金属层所使用的圆极化贴片，在设计的过程中通过调整贴片偏移超表面单元中心的相对方向，能将贴片的极化方式在左旋/右旋圆极化之间切换，以调整超表面单元针对圆极化波的不同组合的透反选择特性。

8.根据权利要求1或2所述的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，通过设计超表面单元上下层金属贴片的尺寸参数和偏移中心距离的大小，超表面单元在透/反射两种功能下，在中心频率实现幅值高于0.95的能量传输。

9.根据权利要求1或2所述的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，通过调整超表面单元的上层金属贴片绕超表面单元中心的旋转角θ的大小，实现对右旋圆极化入射波同极化透射的相位调控，当旋转角θ从0°调整到360°时，右旋圆极化入射波下的同极化透射系数在中心频率附近保持幅值高于0.95的同时，能实现覆盖360°范围的透射相位调控，并且调整θ的大小不会影响左旋圆极化入射波下的同极化反射的幅度与相位。

10.根据权利要求1或2所述的基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线，其特征是，所述超表面由16×16个超表面单元组成，呈正方形阵列排布，其中，位于中心位置的2×2个超表面单元被移除用于设计平面馈源天线，每个手征超表面单元的上层金属层贴片根据相位需要设置不同的旋转角；平面馈源天线包括单层介质基板以及上下两层金属层结构，上层金属层结构为共用的超表面的中间金属地板，下层金属结构为一种圆极化微带天线的贴片结构，这样集成式平面馈源通过印刷电路板工艺直接进行整体加工；

根据口径天线理论，基于超表面的低剖面高增益多次折叠反射式天线的口径面效率通过下列公式计算：

其中，G是实际测试增益，λ是天线的中心工作频率所对应的电磁波在真空中的波长，A_p是天线实际物理口径面积。

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