一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，包括主反射面、副反射面和饋源，述饋源發(fā)射出的波束經副反射面反射到主反射面后再射出；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。本實用新型結構簡單、加工成熟，提高了天線近場區(qū)軸線功率密度，在同樣輸入功率情況下，軸線最大功率密度得到大幅提高；達到有效功率閾值的距離范圍增大；提高了天線效率、增大了天線近場增益。
【專利說明】
【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。 一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線

【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。因此人們希望有一種毫米波天線，可提高其近場軸 線上功率密度，增大近場作用距離范圍。目前國內外均未有類似的提高近場軸線功率密度 的口徑天線。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了提高天線輻射近場軸線功率密度，增大近場作用距離范圍， 提供一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線。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生能聚焦的場幅度分布和相位分 布。其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，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、達到有效功率閾值的距離范圍偏小的 不足。
[0005] -種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，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上；所述主反射面的焦點與天線副面雙曲面的另一實焦點重合。
[0006] 進一步的，所述主反射面為圓對稱結構或為橢圓對稱結構。
[0007] 進一步的，所述主反射面和副反射面均為導電面。
[0008] 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。
[0009] -種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，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 副反射面的實焦點上；所述主反射面的焦點與天線副面橢球的另一焦點重合。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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過主反射面反射 后在天線口面上形成內凹的相位分布（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區(qū)形成聚焦束斑，在聚焦束斑區(qū)域內軸線功率密度得 到提高，達到有效功率閾值的距離范圍增大。
[0013] 綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0014] 結構簡單、加工成熟，提高了天線近場區(qū)軸線功率密度，在同樣輸入功率情況下， 軸線最大功率密度得到大幅提高；達到有效功率閾值的距離范圍增大；提高了天線效率、 增大了天線近場增益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
[0016] 圖1是現(xiàn)有天線系統(tǒng)近場軸線分布圖；
[0017] 圖2是本發(fā)發(fā)明近場波束聚焦毫米波天線系統(tǒng)組成示意圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明近場波束聚焦毫米波雙反射面天線圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明近場波束剖面電場分布圖；
[0020] 圖5是本發(fā)明近場波束軸線功率密度分布圖。
[0021] 圖中：1是饋源,2是副反射面，3是主反射面，4是主反射面口面場，5是輻射波束。

【具體實施方式】
[0022] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0023] 如圖2所示，本發(fā)明所述的雙反射面天線的系統(tǒng)示意圖，該近場波束聚焦毫米波 天線系統(tǒng)由三個主要部件組成：饋源、副反射面和主反射面，饋源經過副反射面反射后到主 反射面在反射出去，主反射面口面場分布與饋源出射方向垂直，且面場的輻射波束的軸線 與饋源軸線可成任意夾角。
[0024] 本設施例中，設計一套口徑為342. 4mm的近場波束聚焦毫米波天線，為卡塞格倫 天線。圖3為天線系統(tǒng)的縱向剖面圖（y=0)，如圖3所示：聚焦波束出射方向與水平方向呈 70°夾角；饋源輸入高斯波束，等效相位中心在（〇,〇, 0)，功率1W;天線主面口面場幅度分 布為拋物型分布，天線為橢圓狀旋轉拋物面，長軸：〇. 3624m，短軸：0. 3424m ;副面為旋轉雙 曲面，圓對稱結構，直徑為0. 063m ;天線系統(tǒng)為鋁材。
[0025] 圖4為得到的近場波束剖面電場場分布(單位V/m)，波束在近場區(qū)域聚焦良好。圖 5為對應的軸線功率密度分布（W/cm 2)，其中星線對應的是焦點為2. 66m的聚焦場軸線功率 密度分布，其中平滑線對應的是焦點為3000000m的非聚焦場軸線功率密度分布。如圖5所 示，非聚焦時功率密度最大值為：〇.〇〇37W/cm 2,；聚焦后最大值為0. 1113W/cm2 ;當以0.04 W/cm2為作用閾值時，聚焦天線的有效作用范圍為2. 08nT3. 88m，而非聚焦天線無有效作用 范圍。
[0026] 本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權利要求】
1. 一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，包括主反射面、副反射面和饋源，所述饋 源發(fā)射出的波束經副反射面反射到主反射面后再射出；其特征為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上；所述主反射面的焦點與天線副面雙曲面的另一實焦點重 合；所述饋源軸線與主反射面輻射波束軸線成任意度夾角。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，其特征為所述主 反射面為圓對稱結構或為橢圓對稱結構。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，其特征為所述主 反射面和副反射面均為導電面。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，其特征為所述導 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。
5. -種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，包括主反射面、副反射面和饋源，所述饋 源發(fā)射出的波束經副反射面反射到主反射面后再射出；其特征為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上；所述主反射面的焦點與天線副反射面橢球的另一焦點重合； 所述饋源軸線與主反射面輻射波束軸線成任意度夾角。
6. 根據(jù)權利要求5所述的一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，其特征為所述主 反射面為圓對稱結構或為橢圓對稱結構。
7. 根據(jù)權利要求5所述的一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，其特征為所述主 反射面和副反射面均為導電面。
8. 根據(jù)權利要求7所述的一種近場波束聚焦的毫米波雙反射面天線，其特征為所述導 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。
【文檔編號】H01Q15/16GK203895610SQ201420308645
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權日:2014年6月11日
【發(fā)明者】薛長江, 余川, 孟凡寶, 屈勁, 徐剛, 施美友, 陳世韜 申請人:中國工程物理研究院應用電子學研究所