微帶陣列聚焦天線的設(shè)計(jì)方法及微帶陣列聚焦天線的制作方法
【專利摘要】針對現(xiàn)有聚焦天線設(shè)計(jì)方法中聚焦效果不理想或具有大量旁瓣的缺陷，本發(fā)明提出了一種新型的微帶陣列聚焦天線的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)出的微帶陣列聚焦天線，將天線單元的耦合效應(yīng)已經(jīng)考慮進(jìn)去，得到的相位分布剛好可以滿足設(shè)計(jì)聚焦天線所要求的二次球面波分布，同時(shí)可以將傳輸效率做到最大，設(shè)計(jì)出的聚焦天線幾乎沒有任何旁瓣且具有最佳幅度相位分布，有效聚焦距離和傳輸效率均有顯著提高。
【專利說明】微帶陣列聚焦天線的設(shè)計(jì)方法及微帶陣列聚焦天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于平面天線設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種精確度更高的聚焦天線的新型設(shè)計(jì)方法及通過該方法設(shè)計(jì)的微帶陣列聚焦天線。
【背景技術(shù)】
[0002]微波作為一種信息傳輸?shù)氖侄卧缫褟V為人知，并在近年來取得了飛速發(fā)展。微波作為功率傳輸?shù)氖侄卧?9世紀(jì)首次被提出，并開展了初步的實(shí)驗(yàn)研究。微波作為功率傳輸?shù)氖侄蔚膬?yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了功率傳輸?shù)臒o線化，這在很多場合都有實(shí)用價(jià)值。上世紀(jì)50年代起人們就已經(jīng)開始研究電磁能量的輸運(yùn)問題，并將電磁波作為能量的傳輸手段，這種無線輸能方式從上世紀(jì)70年代起得到了飛速發(fā)展，例如美國加州理工學(xué)院的噴氣實(shí)驗(yàn)室演示了工作于S波段的地面微波輸電系統(tǒng)，以及靠微波供電的直升飛機(jī)。80年代后期,輸能的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了太空活動，工作頻率也從S波段轉(zhuǎn)向Ka波段和F波段。微波輸能在太空的主要應(yīng)用是將衛(wèi)星或太空工作平臺收集到的太陽能輸給衛(wèi)星或地面，這是一項(xiàng)耗資巨大的工程，但帶來的經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。
[0003]為了保證電磁波能量在空間傳輸時(shí)不擴(kuò)散，電磁波必須像光一樣能聚焦到接收裝置，從光的聚焦類比得知，為使電磁波聚焦，發(fā)射天線的口徑的相位必須是球面分布。上個世紀(jì)60年代初期,Goubao, Shermen, Borigiotti等人對口徑天線的聚焦問題做了大量的工作，奠定了電磁波輸能的理論基礎(chǔ)。電磁波聚焦的理論不僅可以用于微波輸能，而且可以用于雷達(dá)和微波定向能武器。對微波定向能武器來說，其作用是使得目標(biāo)在感興趣的部分的電流分布達(dá)到最大；對雷達(dá)來說，其作用在于提高回波強(qiáng)度。同時(shí)可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的微波誘導(dǎo)高溫，要將能量最大可能聚焦到癌變組織進(jìn)行高溫加熱，而不對其周圍的健康組織構(gòu)成威脅。
[0004]傳統(tǒng)的聚焦天線是通過在喇叭天線前放一個介電透鏡，這類聚焦天線在聚焦平面附近有高的旁瓣，顯然這類聚焦天線的結(jié)果并不是十分理想，而且這類聚焦天線通常體積都很大，而且設(shè)計(jì)非常困難，也不容易去實(shí)現(xiàn)，同時(shí)造價(jià)很高，不能滿足工程的廣泛應(yīng)用。
[0005]M.Bogosanovic給出了一種等幅不同相的設(shè)計(jì)方法，即相位滿足二次球面波分布，而幅度保持不變，從實(shí)驗(yàn)效果來看，在聚焦位置附近有大量旁瓣，聚焦效果并不是十分理想。
[0006]Shaya Karimkashi給出了一種基于道爾夫-切爾雪夫分布的設(shè)計(jì)聚焦天線
的方法，即不同幅不同相，其中幅度滿足切爾雪夫分布，而相位滿足二次球面波分布，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，這種設(shè)計(jì)方法將副瓣降到了 _20dB以下，同時(shí)所得到的近場分布圖也很好，但有一個明顯的的不足，就是聚焦點(diǎn)的實(shí)際位置同仿真聚焦位置之間的誤差比較大，理論上聚焦位置為200mm，而實(shí)際聚焦距離只達(dá)到了 60mm，顯然這樣的設(shè)計(jì)方法仍然不夠理想。因此，研究一種新型的微帶陣列聚焦天線的設(shè)計(jì)方案非常必要且有相當(dāng)重要的實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]針對現(xiàn)有聚焦天線設(shè)計(jì)方法中聚焦效果不理想并具有大量旁瓣的缺陷，本發(fā)明提出了一種新型的微帶陣列聚焦天線的設(shè)計(jì)方法及微帶陣列聚焦天線，設(shè)計(jì)出的聚焦天線幾乎沒有旁瓣且具有最佳幅度相位分布。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0009]一種微帶陣列聚焦天線的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
[0010]步驟1.將天線單元構(gòu)成一個陣列作為發(fā)射天線，在預(yù)期聚焦位置放置一個同發(fā)射天線單元相同尺寸的天線作為接收天線，構(gòu)造一個無線傳輸系統(tǒng)；
[0011]步驟2.定義所述無線傳輸系統(tǒng)的散射參數(shù)矩陣如下:
【權(quán)利要求】
1.一種微帶陣列聚焦天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1.將天線單元構(gòu)成一個陣列作為發(fā)射天線，在預(yù)期聚焦位置放置一個同發(fā)射天線單元相同尺寸的天線作為接收天線，構(gòu)造一個無線傳輸系統(tǒng)； 步驟2.定義所述無線傳輸系統(tǒng)的散射參數(shù)矩陣如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微帶陣列聚焦天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述陣列包括面陣列結(jié)構(gòu)或線陣列結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微帶陣列聚焦天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述電磁場仿真軟件包括IE3D、HFSS或FEKO電磁仿真軟件。
4.一種微帶陣列聚焦天線，由陣列式分布的天線單元和連接天線單元之間的饋電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其特征在于:所述饋電網(wǎng)絡(luò)通過下述步驟進(jìn)行設(shè)計(jì): 步驟1.在發(fā)射天線的預(yù)期聚焦位置放置一個同發(fā)射天線單元相同尺寸的天線作為接收天線，接收天線與發(fā)射天線構(gòu)成一個無線傳輸系統(tǒng)； 步驟2.定義所述無線傳輸系統(tǒng)的散射參數(shù)矩陣如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微帶陣列聚焦天線，其特征在于:所述饋電網(wǎng)絡(luò)的饋電方式包括同軸饋電或邊饋方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的微帶陣列聚焦天線，其特征在于:所述陣列包括面陣列結(jié)構(gòu)或線陣列結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01Q9/04GK103646126SQ201310535355
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】文舸一, 王峰, 單龍 申請人:南京信息工程大學(xué)