一种毫米波近场机械调焦双反射面天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及毫米波天线技术领域，具体是指一种毫米波双反射面赋形天线，其辐射波束可聚焦在近场区域。
【背景技术】
[0002]双反射面天线，由主反射面、副反射面和馈源三部分组成,包括卡塞格伦、葛利高利以及环焦天线。其相对于其它天线，具有低副瓣、低交叉极化、高增益的特点，在20世纪60年代起就在导弹靶场的精密跟踪测量雷达上得到广泛的应用。如美国的AN/FPQ-6雷达、屈德克斯雷达，法国的几A-1。同时相对于厘米波段，工作在毫米波频段的馈线系统损耗很大，为缩短馈源的馈线，一般大功率毫米波系统采用馈源在天线后面的双反射面天线作为福射系统。
[0003]大口径天线在近场区(菲涅尔区)存在较强的衍射相干，沿轴线的波束分布存在许多菲涅尔峰，如图1所示。近年来，在毫米波近程通讯、毫米波人体成像、毫米波无线输能和ITER计划中的毫米波等离子体加热等应用领域，越来越多的毫米波天线应用都集中在天线的菲涅尔区，特别是最后一个菲涅尔峰所在区域；同时都希望在相同的功率源情况下，获得更大的轴线功率密度。但是目前国外已研制的大功率毫米波天线均采用焦点为无穷远的非聚焦辐射方式，使得其口面辐射场在近场区轴线功率密度最大值(即最后一个菲涅尔峰)偏低、达到有效功率阈值的距离范围偏小。
[0004]申请号(2014102572537)的文件公布了一种近场波束聚焦的毫米波双反射面天线，该天线实现了提高其近场轴线上功率密度，增大近场作用距离范围，但在实际应用中，当应用环境参数变化需要对最大功率密度点位置进行调节或者需要使达到有效功率阈值的距离范围更宽，就得整体移动系统、或者更换新天线系统或者另外增加天线系统，这样就大幅度增加了系统成本和实现的难度，如在生物医学、等离子体加热过程中，需要根据实际生理特征、等离子体温度的测试分布来移动或者旋转加热的毫米波最大功率密度位置，以达到最佳的效果，而采用原来的固定焦点聚焦的方式就需要增加天线系统或者采用非常复杂的机械结构实现全系统整体移动，其成本和技术难度极大。目前在毫米波近场天线中，都采用的为非聚焦方式的天线，且功率密度最大位置很难调节，因此需要一种能简单调节聚焦点位置的毫米波聚焦天线系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了提高天线辐射近场轴线功率密度并简单快速调节最大功率密度位置，增大近场可作用区域范围，提供一种毫米波近场机械调焦双反射面天线。通过对该双反射面天线的主、副反射面的曲面进行赋形，使馈源馈入的波束在天线主面口面上产生能聚焦的场幅度分布和相位分布，通过天线副面相对位置的微小调节可实现主面幅度、相位分布的改变。其主面口面场辐射的波束在近场聚焦到设计区域处，提高了近场区轴线功率密度，且通过天线副面位置的微小调节实现聚焦点位置的大范围变化，解决了目前毫米波近场某些应用中轴线功率密度最大值偏低、最大功率密度位置极难调整、达到有效功率阈值的区域范围偏小的不足。
[0006]一种毫米波近场机械调焦双反射面天线，包括主反射面、副反射面和馈源，所述馈源发射出的波束经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状为旋转抛物面，主反射面的中心点位于副面出射中心轴线和辐射波束轴线交点处；所述副反射面曲面为旋转双曲面，且副反射面为圆对称结构，圆心位于所述馈源出射轴线上；所述馈源设置在副反射面的实焦点附近；所述主反射面的焦点与天线副面双曲面的另一实焦点相近；所述主反射面、副反射面和馈源设置同一个支架上，馈源和主反射面固定在支架上保持位置不变；所述支架上设置有运动机构，副反射面设置在运动机构上，副反射面能在运动机构上前后、上下、左右移动或者旋转。
[0007]进一步的，所述主反射面为圆对称结构或为椭圆对称结构。
[0008]进一步的，所述主反射面和副反射面均为导电面。
[0009]进一步的，所述导电面为全导电金属结构；或为非金属材料，其非金属材料表面涂覆、电镀金属层或导电漆。
[0010]一种毫米波近场机械调焦双反射面天线，包括主反射面、副反射面、副反射面运动机构和馈源，所述馈源发射出的波束经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状为旋转抛物面，主反射面的中心点位于副面出射中心轴线和辐射波束轴线交点处；所述副反射面曲面为椭球面，且副反射面为圆对称结构，圆心位于所述馈源出射轴线上；所述馈源设置在副反射面的实焦点附近；所述主反射面的焦点与天线副面椭球的另一焦点相近。
[0011]本发明中副反射面运动机构用于承载、运动驱动、定位天线副反射面。其支撑结构可以为导轨、支撑杆等机械结构；其运动驱动可以为电磁装置，电机驱动的齿轮、铰链、螺杆等，液压、高压气体、真空吸附等机械驱动装置，其步进精度根据实际应用确定。运动机构的材料不限，可以为金属、非金属等材料。
[0012]本发明中，整个天线系统分为两种类型，一个为卡塞格伦天线，另一个为葛利高利天线。副反射面曲面为旋转双曲面，馈源放在双曲面的实焦点上，则整个天线系统为卡塞格伦天线，主反射面的抛物面的焦点与天线副反射面双曲面的另一个实焦点重合；副反射面曲面为椭球面，天线馈源设置在椭球面的一个焦点上，则天线系统为葛利高利天线，主反射面的抛物面的焦点与天线反射副面椭球面的另一焦点重合。辐射波束轴线与天线面法线平行时，主反射面为圆对称结构；辐射波束轴线与天线面法线有一定夹角时，主反射面为椭圆对称结构。主反射面的中心点位于副面出射中心轴线和辐射波束轴线交点处。
[0013]本发明中对主反射面和副反射面的曲面形状均进行了精密赋形，其中副反射面的赋形形状控制主面口面场的幅度分布，主反射面的赋形形状控制主面口面场的相位分布。主反射面和副反射面为导电的金属面，可以采用铝、铜等全金属或者是非金属材料然后表面涂覆、电镀金属层或导电漆。
[0014]本发明的近场波束聚焦的毫米波双反射面天线工作在毫米波波段，其工作原理是:输入的毫米波信号通过馈源的辐射进入双反射面天线系统；由馈源辐射的毫米分布在经过副反射面反射后照射到主反射面上，副反射面的赋形结构对馈源输入的毫米波束幅度分布进行控制和调节(天线工程手册，林昌禄主编，P610);由副反射面反射形成的毫米波分布经过主反射面反射后形成图1中的主天线口面分布，主反射面的赋形结构对输入的毫米波束有不同的光程长度，该长度差造成了照射到主反射面的同相位波束经过主反射面反射后在天线口面上形成内凹的相位分布(即波束轴线为0°，相位角度随离中心距离而增加)；天线口面幅度和相位分布在天线近场