一種毫米波近場機械調焦雙反射面天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及毫米波天線技術領域，具體是指一種毫米波雙反射面賦形天線，其輻射波束可聚焦在近場區(qū)域。
【背景技術】
[0002]雙反射面天線，由主反射面、副反射面和饋源三部分組成,包括卡塞格倫、葛利高利以及環(huán)焦天線。其相對于其它天線，具有低副瓣、低交叉極化、高增益的特點，在20世紀60年代起就在導彈靶場的精密跟蹤測量雷達上得到廣泛的應用。如美國的AN/FPQ-6雷達、屈德克斯雷達，法國的幾A-1。同時相對于厘米波段，工作在毫米波頻段的饋線系統(tǒng)損耗很大，為縮短饋源的饋線，一般大功率毫米波系統(tǒng)采用饋源在天線后面的雙反射面天線作為福射系統(tǒng)。
[0003]大口徑天線在近場區(qū)(菲涅爾區(qū))存在較強的衍射相干，沿軸線的波束分布存在許多菲涅爾峰，如圖1所示。近年來，在毫米波近程通訊、毫米波人體成像、毫米波無線輸能和ITER計劃中的毫米波等離子體加熱等應用領域，越來越多的毫米波天線應用都集中在天線的菲涅爾區(qū)，特別是最后一個菲涅爾峰所在區(qū)域；同時都希望在相同的功率源情況下，獲得更大的軸線功率密度。但是目前國外已研制的大功率毫米波天線均采用焦點為無窮遠的非聚焦輻射方式，使得其口面輻射場在近場區(qū)軸線功率密度最大值(即最后一個菲涅爾峰)偏低、達到有效功率閾值的距離范圍偏小。
[0004]申請?zhí)?2014102572537)的文件公布了一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，該天線實現(xiàn)了提高其近場軸線上功率密度，增大近場作用距離范圍，但在實際應用中，當應用環(huán)境參數(shù)變化需要對最大功率密度點位置進行調節(jié)或者需要使達到有效功率閾值的距離范圍更寬，就得整體移動系統(tǒng)、或者更換新天線系統(tǒng)或者另外增加天線系統(tǒng)，這樣就大幅度增加了系統(tǒng)成本和實現(xiàn)的難度，如在生物醫(yī)學、等離子體加熱過程中，需要根據(jù)實際生理特征、等離子體溫度的測試分布來移動或者旋轉加熱的毫米波最大功率密度位置，以達到最佳的效果，而采用原來的固定焦點聚焦的方式就需要增加天線系統(tǒng)或者采用非常復雜的機械結構實現(xiàn)全系統(tǒng)整體移動，其成本和技術難度極大。目前在毫米波近場天線中，都采用的為非聚焦方式的天線，且功率密度最大位置很難調節(jié)，因此需要一種能簡單調節(jié)聚焦點位置的毫米波聚焦天線系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了提高天線輻射近場軸線功率密度并簡單快速調節(jié)最大功率密度位置，增大近場可作用區(qū)域范圍，提供一種毫米波近場機械調焦雙反射面天線。通過對該雙反射面天線的主、副反射面的曲面進行賦形，使饋源饋入的波束在天線主面口面上產(chǎn)生能聚焦的場幅度分布和相位分布，通過天線副面相對位置的微小調節(jié)可實現(xiàn)主面幅度、相位分布的改變。其主面口面場輻射的波束在近場聚焦到設計區(qū)域處，提高了近場區(qū)軸線功率密度，且通過天線副面位置的微小調節(jié)實現(xiàn)聚焦點位置的大范圍變化，解決了目前毫米波近場某些應用中軸線功率密度最大值偏低、最大功率密度位置極難調整、達到有效功率閾值的區(qū)域范圍偏小的不足。
[0006]一種毫米波近場機械調焦雙反射面天線，包括主反射面、副反射面和饋源，所述饋源發(fā)射出的波束經(jīng)副反射面反射到主反射面后再射出；所述主反射面的曲面形狀為旋轉拋物面，主反射面的中心點位于副面出射中心軸線和輻射波束軸線交點處；所述副反射面曲面為旋轉雙曲面，且副反射面為圓對稱結構，圓心位于所述饋源出射軸線上；所述饋源設置在副反射面的實焦點附近；所述主反射面的焦點與天線副面雙曲面的另一實焦點相近；所述主反射面、副反射面和饋源設置同一個支架上，饋源和主反射面固定在支架上保持位置不變；所述支架上設置有運動機構，副反射面設置在運動機構上，副反射面能在運動機構上前后、上下、左右移動或者旋轉。
[0007]進一步的，所述主反射面為圓對稱結構或為橢圓對稱結構。
[0008]進一步的，所述主反射面和副反射面均為導電面。
[0009]進一步的，所述導電面為全導電金屬結構；或為非金屬材料，其非金屬材料表面涂覆、電鍍金屬層或導電漆。
[0010]一種毫米波近場機械調焦雙反射面天線，包括主反射面、副反射面、副反射面運動機構和饋源，所述饋源發(fā)射出的波束經(jīng)副反射面反射到主反射面后再射出；所述主反射面的曲面形狀為旋轉拋物面，主反射面的中心點位于副面出射中心軸線和輻射波束軸線交點處；所述副反射面曲面為橢球面，且副反射面為圓對稱結構，圓心位于所述饋源出射軸線上；所述饋源設置在副反射面的實焦點附近；所述主反射面的焦點與天線副面橢球的另一焦點相近。
[0011]本發(fā)明中副反射面運動機構用于承載、運動驅動、定位天線副反射面。其支撐結構可以為導軌、支撐桿等機械結構；其運動驅動可以為電磁裝置，電機驅動的齒輪、鉸鏈、螺桿等，液壓、高壓氣體、真空吸附等機械驅動裝置，其步進精度根據(jù)實際應用確定。運動機構的材料不限，可以為金屬、非金屬等材料。
[0012]本發(fā)明中，整個天線系統(tǒng)分為兩種類型，一個為卡塞格倫天線，另一個為葛利高利天線。副反射面曲面為旋轉雙曲面，饋源放在雙曲面的實焦點上，則整個天線系統(tǒng)為卡塞格倫天線，主反射面的拋物面的焦點與天線副反射面雙曲面的另一個實焦點重合；副反射面曲面為橢球面，天線饋源設置在橢球面的一個焦點上，則天線系統(tǒng)為葛利高利天線，主反射面的拋物面的焦點與天線反射副面橢球面的另一焦點重合。輻射波束軸線與天線面法線平行時，主反射面為圓對稱結構；輻射波束軸線與天線面法線有一定夾角時，主反射面為橢圓對稱結構。主反射面的中心點位于副面出射中心軸線和輻射波束軸線交點處。
[0013]本發(fā)明中對主反射面和副反射面的曲面形狀均進行了精密賦形，其中副反射面的賦形形狀控制主面口面場的幅度分布，主反射面的賦形形狀控制主面口面場的相位分布。主反射面和副反射面為導電的金屬面，可以采用鋁、銅等全金屬或者是非金屬材料然后表面涂覆、電鍍金屬層或導電漆。
[0014]本發(fā)明的近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線工作在毫米波波段，其工作原理是:輸入的毫米波信號通過饋源的輻射進入雙反射面天線系統(tǒng)；由饋源輻射的毫米分布在經(jīng)過副反射面反射后照射到主反射面上，副反射面的賦形結構對饋源輸入的毫米波束幅度分布進行控制和調節(jié)(天線工程手冊，林昌祿主編，P610);由副反射面反射形成的毫米波分布經(jīng)過主反射面反射后形成圖1中的主天線口面分布，主反射面的賦形結構對輸入的毫米波束有不同的光程長度，該長度差造成了照射到主反射面的同相位波束經(jīng)過主反射面反射后在天線口面上形成內(nèi)凹的相位分布(即波束軸線為0°，相位角度隨離中心距離而增加)；天線口面幅度和相位分布在天線近場