一种近场均匀波束毫米波天线设计方法

摘要

本发明所属毫米波天线技术领域，为了解决多种应用领域中毫米波口径天线近场波束分布波动剧烈而不利于实际应用，且目前没有均匀波束毫米波天线高效设计方法的难题，发明提供了一种近场均匀波束毫米波天线设计方法，利用本提供的近场均匀波束毫米波天线设计方法，可按步骤设计在近场区域具有均匀波束的毫米波天线，可广泛应用于毫米波等离子体加热天线、毫米波近程通讯、射频识别和毫米波成像等对近场波束分布有赋形要求的领域。

主权项

一种近场均匀波束毫米波天线设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：建立近场均匀波束毫米波天线口面电场分布与近场轴线电场分布的数学模型和两者间的映射关系，所述映射关系实现了口面场分布与近场轴线分布之间的来回快速高效变换；基于所述映射关系建立了天线口面场的逆向求解方法，可根据所需的近场波束分布特性逆向求解和设计天线的口面电场分布；将所述求解得到的口面电场分布抽象为由准光聚/散焦射线簇构成，通过设计反射面天线的面型获得所述的准光聚/散焦射线簇，从而产生所述的口面电场分布，进而在近场区域形成设计所需的均匀波束；所述口面场分布与近场轴线分布之间的映射关系为：$F_p\left(p\right)=F\left(z\right){\mathrm{ze}}^{jkz}=\underset{0}{\overset{R^2}{\int }}{f}_t\left(t\right)e^{-jpt}dt,$其中：z为轴向距离，F(z)为轴线电场分布，F_p(p)为变形后的轴线电场分布，f_t(t)为口面电场径向分布，其中t＝r²，r为径向半径；所述逆向求解方法的具体步骤为：步骤一、给定初始的口面幅度分布|A(r)|和相位分布P_A(r)；步骤二、由映射关系，利用FFT将口径的电场分布A(r)快速变换到近场轴线上的电场分布F(z)；步骤三、根据期望的轴线电场分布对F(z)进行修正，其中仅改变幅值|F(z)|，保持F(z)的相位分布不变；步骤四、由修正得到的轴线电场分布经IFFT变换回对应的口面分布f(r)_i+1；步骤五、保持A(r)_i+1相位不变，幅值改为初始幅值分布|A(r)|；步骤六、若得到的近场波束未满足期望的空间分布特性，返回第二步继续循环迭代，反之则退出循环完成口径场分布A(r)的逆向求解。