微带阵列聚焦天线的设计方法及微带阵列聚焦天线的制作方法
【专利摘要】针对现有聚焦天线设计方法中聚焦效果不理想或具有大量旁瓣的缺陷，本发明提出了一种新型的微带阵列聚焦天线的设计方法及设计出的微带阵列聚焦天线，将天线单元的耦合效应已经考虑进去，得到的相位分布刚好可以满足设计聚焦天线所要求的二次球面波分布，同时可以将传输效率做到最大，设计出的聚焦天线几乎没有任何旁瓣且具有最佳幅度相位分布，有效聚焦距离和传输效率均有显著提高。
【专利说明】微带阵列聚焦天线的设计方法及微带阵列聚焦天线
【技术领域】
[0001]本发明属于平面天线设计【技术领域】，尤其是涉及一种精确度更高的聚焦天线的新型设计方法及通过该方法设计的微带阵列聚焦天线。
【背景技术】
[0002]微波作为一种信息传输的手段早已广为人知，并在近年来取得了飞速发展。微波作为功率传输的手段在19世纪首次被提出，并开展了初步的实验研究。微波作为功率传输的手段的优点是实现了功率传输的无线化，这在很多场合都有实用价值。上世纪50年代起人们就已经开始研究电磁能量的输运问题，并将电磁波作为能量的传输手段，这种无线输能方式从上世纪70年代起得到了飞速发展，例如美国加州理工学院的喷气实验室演示了工作于S波段的地面微波输电系统，以及靠微波供电的直升飞机。80年代后期,输能的重点转向了太空活动，工作频率也从S波段转向Ka波段和F波段。微波输能在太空的主要应用是将卫星或太空工作平台收集到的太阳能输给卫星或地面，这是一项耗资巨大的工程，但带来的经济效益也是十分可观的。
[0003]为了保证电磁波能量在空间传输时不扩散，电磁波必须像光一样能聚焦到接收装置，从光的聚焦类比得知，为使电磁波聚焦，发射天线的口径的相位必须是球面分布。上个世纪60年代初期,Goubao, Shermen, Borigiotti等人对口径天线的聚焦问题做了大量的工作，奠定了电磁波输能的理论基础。电磁波聚焦的理论不仅可以用于微波输能，而且可以用于雷达和微波定向能武器。对微波定向能武器来说，其作用是使得目标在感兴趣的部分的电流分布达到最大；对雷达来说，其作用在于提高回波强度。同时可以应用于医学上的微波诱导高温，要将能量最大可能聚焦到癌变组织进行高温加热，而不对其周围的健康组织构成威胁。
[0004]传统的聚焦天线是通过在喇叭天线前放一个介电透镜，这类聚焦天线在聚焦平面附近有高的旁瓣，显然这类聚焦天线的结果并不是十分理想，而且这类聚焦天线通常体积都很大，而且设计非常困难，也不容易去实现，同时造价很高，不能满足工程的广泛应用。
[0005]M.Bogosanovic给出了一种等幅不同相的设计方法，即相位满足二次球面波分布，而幅度保持不变，从实验效果来看，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给出了一种基于道尔夫-切尔雪夫分布的设计聚焦天线
的方法，即不同幅不同相，其中幅度满足切尔雪夫分布，而相位满足二次球面波分布，从实验结果来看，这种设计方法将副瓣降到了 _20dB以下，同时所得到的近场分布图也很好，但有一个明显的的不足，就是聚焦点的实际位置同仿真聚焦位置之间的误差比较大，理论上聚焦位置为200mm，而实际聚焦距离只达到了 60mm，显然这样的设计方法仍然不够理想。因此，研究一种新型的微带阵列聚焦天线的设计方案非常必要且有相当重要的实际意义。
【发明内容】
[0007]针对现有聚焦天线设计方法中聚焦效果不理想并具有大量旁瓣的缺陷，本发明提出了一种新型的微带阵列聚焦天线的设计方法及微带阵列聚焦天线，设计出的聚焦天线几乎没有旁瓣且具有最佳幅度相位分布。
[0008]为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0009]一种微带阵列聚焦天线的设计方法，包括如下步骤:
[0010]步骤1.将天线单元构成一个阵列作为发射天线，在预期聚焦位置放置一个同发射天线单元相同尺寸的天线作为接收天线，构造一个无线传输系统；
[0011]步骤2.定义所述无线传输系统的散射参数矩阵如下:
【权利要求】
1.一种微带阵列聚焦天线的设计方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1.将天线单元构成一个阵列作为发射天线，在预期聚焦位置放置一个同发射天线单元相同尺寸的天线作为接收天线，构造一个无线传输系统； 步骤2.定义所述无线传输系统的散射参数矩阵如下:
2.根据权利要求1所述的微带阵列聚焦天线的设计方法，其特征在于:所述阵列包括面阵列结构或线阵列结构。
3.根据权利要求1或2所述的微带阵列聚焦天线的设计方法，其特征在于:所述电磁场仿真软件包括IE3D、HFSS或FEKO电磁仿真软件。
4.一种微带阵列聚焦天线，由阵列式分布的天线单元和连接天线单元之间的馈电网络构成，其特征在于:所述馈电网络通过下述步骤进行设计: 步骤1.在发射天线的预期聚焦位置放置一个同发射天线单元相同尺寸的天线作为接收天线，接收天线与发射天线构成一个无线传输系统； 步骤2.定义所述无线传输系统的散射参数矩阵如下:
5.根据权利要求4所述的微带阵列聚焦天线，其特征在于:所述馈电网络的馈电方式包括同轴馈电或边馈方式。
6.根据权利要求4或5所述的微带阵列聚焦天线，其特征在于:所述阵列包括面阵列结构或线阵列结构。
【文档编号】H01Q9/04GK103646126SQ201310535355
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】文舸一, 王峰, 单龙 申请人:南京信息工程大学