1.一种Ka波段电磁超表面单元,包括自上而下设置的上介质基板(2)、中介质基板(3)和下介质基板(4),所述上介质基板(2)的上表面、中介质基板(3)的上表面、下介质基板(4)的上表面、下介质基板(4)的下表面分别印制有金属层(1),其特征在于:所述各金属层(1)之间贯通连接有金属通孔(5),金属层(1)上印制有形状、大小均相同的金属图案;金属层(1)呈中心对称结构;所述金属层(1)上印制的金属图案包括位于金属层(1)中心的正方形贴片(101),金属层(1)边缘的第一方环形金属条线(103)和第二方环形金属条线(102),且第二方环形金属条线(102)位于第一方环形金属条线(103)与正方形贴片(101)之间;所述正方形贴片(101)的大小不同,则相位不同;正方形贴片(101)的边长为w,w取值为0.5-2.68mm,在此取值内,自定义w值,得到多种Ka波段电磁超表面单元,每个超表面单元覆盖60°,实现对整个360°相位空间的均匀覆盖,具体为:第一种Ka波段电磁超表面单元,w=2.68mm,覆盖0°到60°相位空间;第二种Ka波段电磁超表面单元,w=2.53mm,覆盖60°到120°相位空间;第三种Ka波段电磁超表面单元,w=2.30mm,覆盖120°到180°相位空间;第四种Ka波段电磁超表面单元,w=2.00mm,覆盖180°到240°相位空间;第五种Ka波段电磁超表面单元,w=1.3mm,覆盖240°到300°相位空间;第六种Ka波段电磁超表面单元,w=0.5mm,覆盖300°到360°相位空间。
2.基于权利要求1所述Ka波段电磁超表面单元的加载Ka波段电磁超表面的低剖面Ka波段波束扫描天线,其特征在于,包括自上而下设置的上层Ka波段电磁超表面(6)、下层Ka波段电磁超表面(7)和微带天线馈源(8),所述上层Ka波段电磁超表面(6)、下层Ka波段电磁超表面(7)和微带天线馈源(8)的几何中心均处于同一坐标轴线z上;通过旋转改变上层Ka波段电磁超表面(6)与中心坐标轴的夹角δ 1 ,下层Ka波段电磁超表面(7)与中心坐标轴的夹角δ 2 ,实现天线在俯仰面的波束扫描。
3.根据权利要求2所述加载Ka波段电磁超表面的低剖面Ka波段波束扫描天线,其特征在于,所述上层Ka波段电磁超表面(6)和下层Ka波段电磁超表面(7)均布置有M*N个阵列分布的Ka波段电磁超表面单元;通过在下层Ka波段电磁超表面(7)不同位置使用不同的Ka波段超表面单元对空间相位延迟进行相位补偿,以实现波束偏转;其中,M≥2,N≥2。
4.根据权利要求2所述加载Ka波段电磁超表面的低剖面Ka波段波束扫描天线,其特征在于,所述通过旋转改变上层Ka波段电磁超表面(6)与中心坐标轴的夹角δ 1 ,下层Ka波段电磁超表面(7)与中心坐标轴的夹角δ 2 ,实现天线在俯仰面的波束扫描的具体方法为:ψ 1 和ψ 2 表示上层Ka波段电磁超表面(6)与下层Ka波段电磁超表面(7)的线性相位下降方向所在的方位面,其中ψ 1 和ψ 2 在区间[-180°,180°]内;首先使上层Ka波段电磁超表面(6)和下层Ka波段电磁超表面(7)的初始方位角 沿垂直于两层超表面的中心轴反向旋转上层Ka波段电磁超表面(6)和下层Ka波段电磁超表面(7),使 当α 1 =α 2 时,α 1 为上层Ka波段电磁超表面(6)与中心轴的夹角,α 2 为下层Ka波段电磁超表面(7)与中心坐标轴的夹角,经计算可得到波束俯仰角θ和方位角
5.根据权利要求3所述加载Ka波段电磁超表面的低剖面Ka波段波束扫描天线,其特征在于,所述实现波束偏转的具体方法为:1)微带天线馈源(8)辐射的电磁波近似于球面波,到达下层Ka波段电磁超表面(7)的各单元下表面的距离不同,从而产生空间相位延迟,基于此,在下层Ka波段电磁超表面(7)的不同位置使用不同的Ka波段超表面单元对空间相位延迟进行相位补偿;以便将微带天线馈源(8)辐射的电磁波改变成指定方向的高增益波束,所需补偿的空间相位延迟为:其中,k 0 为自由空间波数,第(i,j)个超表面单元的位置坐标为(x (i,j) ,y (i,j) ),z为微带天线馈源(8)的相位中心距离下层Ka波段电磁超表面(7)下表面的距离;2)补偿空间相位延迟之后,产生垂直于下层Ka波段电磁超表面(7)的高增益波束,进一步改变主波束聚焦方向 在下层Ka波段电磁超表面(7)上额外引入渐变相位,引入的渐变相位的数学表达式为:空间相位延迟与渐变相位之和为下层Ka波段电磁超表面(7)上每个超表面单元的传输相位 数学表达式为:其中,φ 0 为参考相位,表示整个口面的相移分布为相对值,而非绝对值;3)电磁波通过下层Ka波段电磁超表面(7)后到达上层Ka波段电磁超表面(6)的距离相同,因此上层Ka波段电磁超表面(6)只需要改变主波束聚焦方向 在上层Ka波段电磁超表面(6)引入渐变相位,具体数学表达式为:
6.根据权利要求2至5任一项所述加载Ka波段电磁超表面的低剖面Ka波段波束扫描天线,其特征在于,所述波束扫描天线的工作频带覆盖30.5~32.5GHz。