一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計復(fù)雜，效率低下的問題。本發(fā)明包括用于發(fā)射電磁能量饋源，用于將饋源發(fā)出的電磁能量匯聚于空間中指定位置上的平面反射陣列。平面反射陣由無源反射單元組成的周期性陣列，通過調(diào)節(jié)每個單元對于入射波的反射相位，使得各個單元的反射波在特定的方向上實現(xiàn)特定相位關(guān)系，本發(fā)明實現(xiàn)多饋源多焦點的聚焦特性。由于反射陣天線聚焦的設(shè)計方法沒有復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，效率較高，同時具有多饋源多焦點等優(yōu)點，可應(yīng)用于各類近場聚焦系統(tǒng)中。
【專利說明】
-種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步設(shè)及電磁場與微波技術(shù)領(lǐng)域中的一種近場聚 焦平面反射陣天線的設(shè)計方法。本發(fā)明設(shè)計的天線可W提高無線通信系統(tǒng)中電磁聚焦的效 率W及具有多饋源多焦點的聚焦特性。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的天線聚焦的設(shè)計方法有基于平面陣列天線的聚焦方法和微帶陣列天線的 聚焦方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、損耗小、成本低，實現(xiàn)大角度電波束掃描的特性等優(yōu)點，可W廣泛 地應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。隨著電子無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，雷達(dá)和通信系 統(tǒng)都期望實現(xiàn)電磁能量的高效率的多饋源多聚焦的特性。但是傳統(tǒng)的平面反射陣天線的設(shè) 計方法效率較低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能實現(xiàn)多饋源多焦點的聚焦，因此實現(xiàn)高效率的多饋源多焦 點的聚焦是非常有意義的。
[0003] 電子科技大學(xué)在其申請的專利"一種近場聚焦平面陣列天線方法"（申請?zhí)枺?CN201410073747X，公開號:CN103825089A)中提出了一種平面陣列天線的聚焦方法。該方法 采用金屬化移相孔來實現(xiàn)相位補償，設(shè)置基片集成波導(dǎo)并饋網(wǎng)絡(luò)，補償范圍大、結(jié)構(gòu)簡單， 天線的效率高，可W完成不同位置的聚焦調(diào)節(jié)。但是，該方法仍然存在的不足之處是，第一， 因該方法采用并饋網(wǎng)絡(luò)，不能滿足簡單饋電的需求。第二，該方法使用金屬化移相孔來補償 相位，使得損耗增加，不能滿足高效率的電磁聚焦。
[0004] 南京信息工程大學(xué)在其申請的專利"微帶陣列聚焦天線的設(shè)計方法及微帶陣列聚 焦天線"（申請?zhí)枺篊N201310535355.6，公開號:CN103646126A)中提出了一種考慮單元的禪 合效應(yīng)的方法。該方法將天線單元構(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)造無線傳輸系統(tǒng)，設(shè)計的天線得到的相位 分布滿足設(shè)計聚焦天線所要求的二次球面波分布，同時提高傳輸效率，設(shè)計出的聚焦天線 幾乎沒有任何旁瓣且具有最佳幅度相位分布，有效聚焦距離顯著提高。但是，該方法仍然存 在的不足之處是，第一，因該方法饋電復(fù)雜，不能滿足結(jié)構(gòu)簡單的需求。第二，該方法設(shè)計的 天線單元不可W獨立調(diào)整，設(shè)計的自由度較小，不能實現(xiàn)多饋源多焦點的聚焦。
[0005] 目前的平面反射陣天線聚焦的設(shè)計方法面臨著一些問題:其一，不能實現(xiàn)多饋源 多焦點的聚焦。其二，饋電復(fù)雜、效率較低，造成了一定的損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種近場聚焦的平面反射 陣天線設(shè)計方法。本發(fā)明通過改變反射陣天線單元的補償相位，實現(xiàn)高效率多饋源多焦點 的聚焦特性。
[0007] 實現(xiàn)本發(fā)明的具體思路是：首先確定反射陣天線的單元結(jié)構(gòu)，選取反射陣天線的 尺寸及單元間距，然后選擇饋源和焦點的位置，將饋源發(fā)出的電磁波照射到反射陣天線上， 然后按照公式計算每個反射陣天線單元的補償相位，調(diào)節(jié)反射陣天線單元的尺寸滿足補償 相位，實現(xiàn)預(yù)期的高效率的多饋源多焦點的聚焦。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的步驟如下：
[0009] (1)確定反射陣天線單元的結(jié)構(gòu)：
[0010] =個矩形貼片之間按照間距d平行排布在反射陣天線單元上構(gòu)成=振子單元，中 間振子的長度L與伴隨振子的單元長度成比例丫；
[0011] (2)繪制補償相位表：
[0012] 將反射陣天線單元的中間振子L長度在其取值范圍內(nèi)依次進(jìn)行仿真，得到與各中 間振子長度對應(yīng)的反射相位，將反射相位與其對應(yīng)的中間振子長度繪制成一個補償相位 表；
[0013] (3)確定反射陣天線的尺寸：
[0014] 在xoy平面上，將反射陣天線單元按照X X Y排布成平面陣列，其中，X表示反射陣單 元總的行數(shù)，4《乂《50，￥表示反射陣單元總的列數(shù)，4《￥《50;
[0015] (4)確定饋源位置：
[0016] 在反射陣天線的近場區(qū)中，饋源與反射陣天線法向方向的空間角度小于45度，且 饋源到反射陣天線中屯、的距離小于2D2A的范圍內(nèi)，依次選取M個饋源位置，其中，D表示反 射陣天線對角線的尺寸，^表示電磁波在真空中傳播的波長，M的取值范圍為
[0017] (5)確定反射電磁波的焦點位置：
[0018] 在焦點與反射陣天線法向方向的空間角度小于70度，且焦點到反射陣天線中屯、的 距離小于2D2A的范圍內(nèi)，依次選取N個反射陣天線反射電磁波的焦點位置，其中，D表示反 射陣天線對角線的尺寸，^表示電磁波在真空中傳播的波長，N的取值范圍為1《N《5;
[0019] (6)獲得平面反射陣天線各單元的補償相位：
[0020] (6a)利用福射相位公式，計算饋源照射的電磁波的相位和；
[0021] (6b)利用反射相位公式，計算反射陣天線產(chǎn)生的電磁聚焦的相位和；
[0022] (6c)用反射陣天線產(chǎn)生的電磁聚焦的相位和減去饋源照射的電磁波的相位和，得 到平面反射陣天線各單元的補償相位；
[0023] (7)繪制補償相位與單元位置的關(guān)系表：
[0024] 將平面反射陣天線各個單元中的補償相位與反射陣天線各個單元位置的對應(yīng)關(guān) 系，繪制成補償相位與單元位置的關(guān)系表；
[0025] (8)確定反射陣天線單元中屯、振子的長度：
[0026] (8a)從補償相位與單元位置的關(guān)系表中，查找每個反射陣天線單元對應(yīng)的補償相 位；
[0027] (8b)從補償相位表中，查找與補償相位對應(yīng)的反射陣天線單元中屯、振子的長度；
[00%] (9)構(gòu)造反射陣天線：
[0029] 按照得到的反射陣天線單元的結(jié)構(gòu)、天線的尺寸、饋源W及單元中屯、振子的長度， 構(gòu)造平面反射陣天線；
[0030] (10)產(chǎn)生饋源照射反射陣天線的定點聚焦：
[0031] 調(diào)節(jié)反射陣天線每個反射陣天線單元中屯、振子的長度，產(chǎn)生饋源照射反射陣天線 的定點聚焦。
[0032] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點：
[0033] 第一，由于本發(fā)明采用了 =振子單元組成反射陣天線，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用傳統(tǒng) 設(shè)計方法制造的反射陣天線單元結(jié)構(gòu)損耗較大，不能滿足高效率的電磁聚焦的缺點，使得 本發(fā)明具有損耗較小，電磁聚焦效率較高的優(yōu)點。
[0034] 第二，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)反射陣天線單元尺寸提供補償相位，實現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的聚焦。 克服了現(xiàn)有技術(shù)采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法制造的反射陣天線單元的補償相位不能獨立調(diào)整，不 能得到多饋源多焦點的聚焦，使得本發(fā)明具有設(shè)計的自由度大，自由調(diào)節(jié)單元補償相位的 優(yōu)點，得到多饋源多焦點的聚焦。
[0035] 第=，本發(fā)明沒有復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的設(shè)計方法饋電復(fù)雜 的缺點，使得本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明的S振子單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖3為本發(fā)明中反射陣天線所在位置與單元補償相位的對應(yīng)關(guān)系圖；
[0039] 圖4為本發(fā)明實施例1中反射陣天線的橫截面電場強度示意圖；
[0040] 圖5為本發(fā)明實施例2中反射陣天線的橫截面電場強度示意圖；
[0041 ]圖6為本發(fā)明實施例3中反射陣天線的橫截面電場強度示意圖；
[0042] 圖7為本發(fā)明實施例4中反射陣天線的橫截面電場強度示意圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0044] 參照附圖1，對本發(fā)明的具體步驟作詳細(xì)描述。
[0045] 步驟1，確定反射陣天線單元的結(jié)構(gòu)。
[0046] =個矩形貼片之間按照間距d平行排布在反射陣天線單元上構(gòu)成=振子單元，中 間振子的長度L與伴隨振子的單元長度成比例丫。
[0047] 反射陣天線單元貼片間d距的取值范圍為5mm《d《9mm，反射陣天線單元的中屯、振 子長度L的取值范圍為0mm《L《60mm，反射陣天線單元的中屯、振子長度與伴隨振子長度的 比例系數(shù)丫的取值范圍為0《丫《1。
[004引步驟2,繪制補償相位表。
[0049] 將反射陣天線單元的中間振子長度L在其取值范圍內(nèi)依次進(jìn)行仿真，得到與各中 間振子長度對應(yīng)的反射相位，將反射相位與其對應(yīng)的中間振子長度繪制成一個補償相位 表。
[0050] 步驟3,確定反射陣天線的尺寸。
[0051 ]在xoy平面上，將反射陣天線單元按照X X Y排布成平面陣列，其中，X表示反射陣單 元總的行數(shù)，4《X《50，Y表示反射陣單元總的列數(shù)，4《Y《50。
[0052] 步驟4,確定饋源位置。
[0053] 在反射陣天線的近場區(qū)中，饋源與反射陣天線法向方向的空間角度小于45度，且 饋源到反射陣天線中屯、的距離小于2D2A的范圍內(nèi)，依次選取M個饋源位置，其中，D表示反 射陣天線對角線的尺寸，^表示電磁波在真空中傳播的波長，M的取值范圍為
[0054] 饋源采用卿趴天線。
[0055] 步驟5,確定反射電磁波的焦點位置。
[0056] 在焦點與反射陣天線法向方向的空間角度小于70度，且焦點到反射陣天線中屯、的 距離小于2D2A的范圍內(nèi)，依次選取N個反射陣天線反射電磁波的焦點位置，其中，D表示反 射陣天線對角線的尺寸，^表示電磁波在真空中傳播的波長，N的取值范圍為1《N《5。
[0057] 步驟6,獲得平面反射陣天線各單元的補償相位。
[0058] 利用下面的福射相位公式，計算饋源照射的電磁波的相位和：
[0化9]
[0060]其中，口V,)表示M個饋源照射的電磁波的相位和，（xi，yi)表示反射陣天線中第 i個單元的中屯、坐標(biāo)，a巧表示反正切操作，M表示饋源的總數(shù)，X表示求和操作，m表示第m個 饋源，exp表示W(wǎng)自然對數(shù)為底數(shù)的指數(shù)操作，j表示復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位，ko表示電磁波在真空 中傳播的波束，I ? I表示求絕對值操作，fm表示在xoy平面上坐標(biāo)原點到第m個饋源的距離 矢量，ri表示在xoy平面上坐標(biāo)原點到第i個單元中屯、的距離矢量。
[0061 ]壬Il田了而的祐仿從才A管陣天線產(chǎn)生的電磁聚焦的相位和；
[0062]
[0063] 其中，&(x,表示產(chǎn)生的N個反射陣天線反射出的電磁波的焦點的相位和，（Xi， yi)表示反射陣天線中第i個單元的中屯、坐標(biāo)，arg表示反正切的操作，N表示反射陣天線反 射出的電磁波的焦點總數(shù)，X表示求和操作，n表示第n個反射陣天線反射出的焦點，exp表 示W(wǎng)自然對數(shù)為底數(shù)的指數(shù)操作，j表示復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位，ko表示電磁波在真空中傳播的波 束，I ? I表示求絕對值操作，dn表示在xoy平面上坐標(biāo)原點到第n個焦點的距離矢量，ri表示 在xoy平面上坐標(biāo)原點到第i個單元中屯、的距離矢量。
[0064] 用反射陣天線產(chǎn)生的電磁聚焦的相位和減去饋源照射的電磁波的相位和，得到平 面反射陣天線各單元的補償相位。
[0065] 步驟7,繪制補償相位與單元位置的關(guān)系表。
[0066] 將平面反射陣天線各個單元中的補償相位與反射陣天線各個單元位置的對應(yīng)關(guān) 系，繪制成補償相位與單元位置的關(guān)系表。
[0067] 步驟8，確定反射陣天線單元中屯、振子的長度。
[0068] 從補償相位與單元位置的關(guān)系表中，查找每個反射陣天線單元對應(yīng)的補償相位。
[0069] 從補償相位表中，查找與補償相位對應(yīng)的反射陣天線單元中屯、振子的長度。
[0070] 步驟9，構(gòu)造反射陣天線。
[0071] 按照得到的反射陣天線單元的結(jié)構(gòu)、天線的尺寸、饋源W及單元中屯、振子的長度， 構(gòu)造平面反射陣天線。
[0072] 步驟10,產(chǎn)生饋源照射反射陣天線的定點聚焦。
[0073] 調(diào)節(jié)反射陣天線每個反射陣天線單元中屯、振子的長度，產(chǎn)生饋源照射反射陣天線 的定點聚焦。
[0074] 定點聚焦是指反射陣天線反射出的電磁波的多個焦點。
[0075] 參照附圖2,對本發(fā)明采用的S振子單元作進(jìn)一步的描述。
[0076] 圖2是本發(fā)明的=振子單元結(jié)構(gòu)示意圖，該單元由=個距形金屬貼片平行排列且 附著在介質(zhì)板的上表面組成，每個距形金屬貼片采用間隔排列的方式。反射陣天線采用單 層介質(zhì)板，介質(zhì)板位于金屬地板上方，中間介質(zhì)為空氣。圖2(a)是=振子單元的俯視圖，圖2 (a)中S振子單元尺寸為D = 25mm，中屯、振子和伴隨振子的寬度Ws = Wm= 2mm，中屯、振子和伴 隨振子長度的比例系數(shù)丫 =0.6,各振子之間的間距d = 6.7mm，S振子單元的中屯、振子長度 L的取值范圍為0mm《L《60mm。圖2(b)是S振子單元結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，圖2(a)中介質(zhì)板的厚度 為t = Imm,相對介電常數(shù)為Er = 2.65,介質(zhì)板和金屬地板之間的距罔T= 10mm。
[0077] 參照附圖3,對本發(fā)明中反射陣天線所在位置與單元補償相位的關(guān)系作進(jìn)一步的 描述。
[0078] 圖3是本發(fā)明的反射陣天線所在位置與單元補償相位的對應(yīng)關(guān)系圖，其中，反射陣 天線在xoy平面上，左下角位于坐標(biāo)原點，M表示饋源的總數(shù)，N表示反射陣天線反射出的電 磁波的焦點總數(shù)，fm表示在xoy平面上坐標(biāo)原點到第m個饋源的距離矢量，dn表示在xoy平面 上坐標(biāo)原點到第n個焦點的距離矢量，ri表示在xoy平面上坐標(biāo)原點到第i個單元中屯、的距 離矢量，dm-ri表示饋源到單元中屯、的距離矢量，dn-r康示單元中屯、到焦點的距離矢量。
[0079] 本發(fā)明的實施例1說明用一個饋源進(jìn)行饋電產(chǎn)生一個焦點，饋源中屯、的工作頻率 設(shè)定為2.45GHz，饋電相位中屯、位置坐標(biāo)位于(0，0，1 )m處，設(shè)定的焦點坐標(biāo)為（1，0，2)m，介 質(zhì)基板上表面蝕刻21 X21個周期相同的S振子單元，天線尺寸大小1.4mX 1.4m。根據(jù)福射 場公式和反射場公式可計算每個單元位置處的補償相位，得到反射陣天線各單元對應(yīng)的補 償相位關(guān)系圖4(a)，圖4(a)中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)代表反射陣天線單元的中屯、的坐標(biāo)，取值范 圍均為-0. Sm-0.8m，顏色的深淺表示補償相位的大小。從圖4(a)中得到反射陣各單元對應(yīng) 的補償相位，按照補償相位表確定每個反射陣單元中屯、振子的長度，組成反射陣天線1。對 反射陣天線1進(jìn)行仿真得出焦點所在平面的電場強度示意圖4(b)，圖4(b)中顏色的深淺代 表場強的強弱，場強最大值點為焦點即圖中有一個焦點。
[0080] 本發(fā)明的實施例2說明用兩個饋源進(jìn)行饋電產(chǎn)生一個焦點，饋源中屯、的工作頻率 設(shè)定為2.45GHz，饋電相位中屯、位置坐標(biāo)分別為(0，-0.5，0.5)m和(0，0.5，0.5)m，設(shè)定的焦 點坐標(biāo)為(〇,〇，l)m，介質(zhì)基板上表面蝕刻21X21個周期相同的=振子單元，天線尺寸大小 1.4mX 1.4m。根據(jù)福射場公式和反射場公式可計算每個單元位置處的補償相位，得到反射 陣天線各單元對應(yīng)的補償相位關(guān)系圖5(a)，圖5(a)中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)代表反射陣天線單元 的中屯、的坐標(biāo)，取值范圍均為-0.8m-0.8m，顏色的深淺表示補償相位的大小。從圖5(a)中 得到反射陣各單元對應(yīng)的補償相位，按照補償相位表確定每個反射陣單元中屯、振子的長 度，組成反射陣天線2。對反射陣天線2進(jìn)行仿真得出焦點所在平面的電場強度示意圖5(b)， 圖5(b)中顏色的深淺代表場強的強弱，場強最大值點為焦點即圖中有一個焦點。
[0081] 本發(fā)明的實施例3說明使用一個饋源進(jìn)行饋電產(chǎn)生兩個焦點，饋源中屯、的工作頻 率設(shè)定為2.45GHz，饋電相位中屯、位置坐標(biāo)為(0，0，0.5 )m，設(shè)定的焦點坐標(biāo)分別為(0，-1，1) m和(0，l，l)m，介質(zhì)基板上表面蝕刻21X21個周期相同的S振子單元，天線尺寸大小1.4mX 1.4m。根據(jù)福射場公式和反射場公式可計算每個單元位置處的補償相位，得到反射陣天線 各單元對應(yīng)的補償相位關(guān)系圖6(a)，圖6(a)中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)代表反射陣天線單元的中屯、 的坐標(biāo)，取值范圍均為-0.8m-0.8m，顏色的深淺表示補償相位的大小。從圖6(a)中得到反 射陣各單元對應(yīng)的補償相位，按照補償相位表確定每個反射陣單元中屯、振子的長度，組成 反射陣天線3。對反射陣天線3進(jìn)行仿真得出焦點所在平面的電場強度示意圖6(b)，圖6(b) 中顏色的深淺代表場強的強弱，場強最大值點為焦點即圖中有兩個焦點。
[0082] 本發(fā)明的實施例4說明使用兩個饋源進(jìn)行饋電產(chǎn)生兩個焦點，饋源中屯、的工作頻 率設(shè)定為2.45GHz，饋電相位中屯、位置坐標(biāo)分別為(0.707,0,0.707)m和(-0.707,0,0.707) m，設(shè)定的焦點坐標(biāo)分別為(0，-l，l)m和(0，l，l)m，介質(zhì)基板上表面蝕刻21X21個周期相同 的S振子單元，天線尺寸大小1.4mX 1.4m。根據(jù)福射場公式和反射場公式可計算每個單元 位置處的補償相位，得到反射陣天線各單元對應(yīng)的補償相位關(guān)系圖7(a)，圖7(a)中橫坐標(biāo) 和縱坐標(biāo)代表反射陣天線單元的中屯、的坐標(biāo)，取值范圍均為-0.8m-0.8m，顏色的深淺表示 補償相位的大小。從圖7(a)中得到反射陣各單元對應(yīng)的補償相位，按照補償相位表確定每 個反射陣單元中屯、振子的長度，組成反射陣天線4。對反射陣天線4進(jìn)行仿真得出焦點所在 平面的電場強度示意圖7(b)，圖7(b)中顏色的深淺代表場強的強弱，場強最大值點為焦點 即圖中有兩個焦點。
[0083] W上僅為本發(fā)明天線的四個實施例，不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，顯然在本發(fā)明 的構(gòu)思下，可W對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行修改，進(jìn)而得到本發(fā)明的可應(yīng)用于很好地實現(xiàn) 天線高效率的多饋源多聚焦的特性，但運些均在本發(fā)明的保護(hù)之列。
【主權(quán)項】
1. 一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法，包括如下步驟： (1) 確定反射陣天線單元的結(jié)構(gòu)： 三個矩形貼片之間按照間距d平行排布在反射陣天線單元上構(gòu)成三振子單元，中間振 子的長度L與伴隨振子的單元長度成比例γ ; (2) 繪制補償相位表： 將反射陣天線單元的中間振子L長度在其取值范圍內(nèi)依次進(jìn)行仿真，得到與各中間振 子長度對應(yīng)的反射相位，將反射相位與其對應(yīng)的中間振子長度繪制成一個補償相位表； (3) 確定反射陣天線的尺寸： 在xoy平面上，將反射陣天線單元按照X X Y排布成平面陣列，其中，X表示反射陣單元總 的行數(shù)，4<X<50，Y表示反射陣單元總的列數(shù)，4<Y<50; (4) 確定饋源位置： 在反射陣天線的近場區(qū)中，饋源與反射陣天線法向方向的空間角度小于45度，且饋源 到反射陣天線中心的距離小于2?2/λ的范圍內(nèi)，依次選取M個饋源位置，其中，D表示反射陣 天線對角線的尺寸，λ表示電磁波在真空中傳播的波長，M的取值范圍為1<Μ<5; (5) 確定反射電磁波的焦點位置： 在焦點與反射陣天線法向方向的空間角度小于70度，且焦點到反射陣天線中心的距離 小于2D2/A的范圍內(nèi)，依次選取N個反射陣天線反射電磁波的焦點位置，其中，D表示反射陣 天線對角線的尺寸，λ表示電磁波在真空中傳播的波長，N的取值范圍為1<N<5; (6) 獲得平面反射陣天線各單元的補償相位： (6a)利用輻射相位公式，計算饋源照射的電磁波的相位和； (6b)利用反射相位公式，計算反射陣天線產(chǎn)生的電磁聚焦的相位和； (6c)用反射陣天線產(chǎn)生的電磁聚焦的相位和減去饋源照射的電磁波的相位和，得到平 面反射陣天線各單元的補償相位； (7) 繪制補償相位與單元位置的關(guān)系表： 將平面反射陣天線各個單元中的補償相位與反射陣天線各個單元位置的對應(yīng)關(guān)系，繪 制成補償相位與單元位置的關(guān)系表； (8) 確定反射陣天線單元中心振子的長度： (8a)從補償相位與單元位置的關(guān)系表中，查找每個反射陣天線單元對應(yīng)的補償相位； (8b)從補償相位表中，查找與補償相位對應(yīng)的反射陣天線單元中心振子的長度； (9) 構(gòu)造反射陣天線： 按照得到的反射陣天線單元的結(jié)構(gòu)、天線的尺寸、饋源以及單元中心振子的長度，構(gòu)造 平面反射陣天線； (10) 產(chǎn)生饋源照射反射陣天線的定點聚焦： 調(diào)節(jié)反射陣天線每個反射陣天線單元中心振子的長度，產(chǎn)生饋源照射反射陣天線的定 點聚焦。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟 (1)中所述的反射陣天線單元貼片間d距的取值范圍為5mm<cK9mm，反射陣天線單元的中 心振子長度L的取值范圍為0mm<L<60mm,反射陣天線單元的中心振子長度與伴隨振子長 度的比例系數(shù)γ的取值范圍為〇彡γ彡1。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟 (4)中所述的饋源采用喇叭天線。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟 (6a)中所述的輻射相位公式如下：其中，％k,y,)表示M個饋源照射的電磁波的相位和，（Xl，yi)表示反射陣天線中第i個 單元的中心坐標(biāo)，arg表示反正切操作，M表示饋源的總數(shù)，Σ表示求和操作，m表示第m個饋 源，exp表示以自然對數(shù)為底數(shù)的指數(shù)操作，j表示復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位，ko表示電磁波在真空中 傳播的波束，I · I表示求絕對值操作，fm表示在x〇y平面上坐標(biāo)原點到第m個饋源的距離矢 量，ri表示在xoy平面上坐標(biāo)原點到第i個單元中心的距離矢量。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟 (6b)中所述的反射相位公式如下：其中，％ (X,., .Vi)表不產(chǎn)生的N個反射陣天線反射出的電磁波的焦點的相位和，（X i，y i)表 示反射陣天線中第i個單元的中心坐標(biāo)，arg表示反正切的操作，N表示反射陣天線反射出的 電磁波的焦點總數(shù)，Σ表示求和操作，η表示第η個反射陣天線反射出的焦點，exp表示以自 然對數(shù)為底數(shù)的指數(shù)操作，j表示復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位，ko表示電磁波在真空中傳播的波束，I · I表示求絕對值操作，dn表示在xoy平面上坐標(biāo)原點到第η個焦點的距離矢量，ri表示在xoy平 面上坐標(biāo)原點到第i個單元中心的距離矢量。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近場聚焦平面反射陣天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟 (10)中所述的定點聚焦是指反射陣天線反射的電磁波的多個焦點。
【文檔編號】H01Q19/10GK106021818SQ201610471101
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】李龍, 張萌, 余世星, 劉海霞, 史琰, 陳曦, 翟會清
【申請人】西安電子科技大學(xué)