[发明专利]一种近场有源镜像聚焦天线

说明书

技术领域

本发明属于微波毫米波系统领域，具体为一种近场有源镜像聚焦天线。

背景技术

聚焦天线具有将电磁能量聚焦于一定的空间范围的能力，因其可以在极小的空间范围内集中大量的能量，因此被广泛用于微波热疗、微波输能、近场通信、微波探测。

传统的聚焦天线主要是以无源阵列为主，分为平面聚焦天线，和非平面聚焦天线。平面聚焦天线多采用金属贴片为阵元，通过控制金属贴片辐射场的相位，使得整个口径面相位满足球面分布，完成近场电磁能量聚焦。非平面聚焦天线多采用介质透镜，抛物面天线等，较之平面聚焦天线其口径面相位连续分布，聚焦特性更加优良，但是其结构复杂，加工精度要求苛刻，成本较高。然而不论是平面聚焦天线，还是非平面聚焦天线，其焦点位置通常是固定的，且只能形成一个焦点。同时现有的聚焦天线只能对电磁波的相位进行优化，很难对其幅度进行优化使之满足最优分布。

在平面聚焦天线的设计中，文舸一等人提出了一种采用S矩阵优化的平板聚焦天线(文舸一、贺小平、王身云，一种适应于微波热疗的平面聚焦天线，中国发明专利，申请号201410799934.6，申请日2014.12.19).该阵列采用贴片天线作为辐射阵元，通过数值模拟优化了辐射阵元的幅相分布使之满足最优聚焦条件，并在此基础上设计了微带线功分网络。但是该种设计方法在面对大口径的阵列时非常消耗计算机资源，且设计周期较长。同时在大口阵列条件下中心辐射元的相位和边缘辐射元的相位相差很大，需要很长的微带线来补偿相差，因此会增加系统的损耗。程钰间等人采用多成介质基板制作了一款平面聚焦天线(程钰间、王磊、黄伟娜、吴杰，近场聚焦平面阵列天线，中国发明专利，申请号201410073747.X，申请日2014.02.28).该天线阵采用多层介质基板，通过基板上金属化通孔作为辐射单元，通过调整通孔直径与基板厚度改变移相量，在底层介质基板为SIW馈电网络。由于直接通过调整金属孔内径来改变移相量，该种阵列避免了复杂的馈电网络。然而该天线还是只能产生一个固定的焦点。Vincent F.Fusco公开了一种有源方向回溯透镜(Fusco V F,Buchanan N B,Malyuskin O.Active Phase Conjugating Lens With Sub-Wavelength Resolution Capability[J].IEEE Transactions on Antennas & Propagation,2010,58(3):798-808.)。该透镜由两面天线阵列背靠背构成，中间采用相位共轭电路连接。由于采用了相位共轭技术该透镜焦点可以人为地调整。但是该透镜的相位共轭电路需要变频两次，同时采用了锁相技术，因此整个电路结构比较复杂。同时由于采用了锁相技术，导致每一路输出的信号幅度一样，因此无法对幅度进行调整。此外锁相环只能锁定一个信号，因此该透镜也无法形成多焦斑。而且该透镜只是由一维线阵列构成，因此无法形成一个焦斑，只能在固定位置上形成一个能量较为集中的圆柱。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出一种近场有源镜像聚焦天线，有效的克服了现有聚焦天线焦点位置不可变，阵元幅度不可调，只能形成一个焦斑的缺点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种近场有源镜像聚焦天线，包括接收天线阵、发射天线阵、相位共轭电路模块、照明天线、底座以及照明天线移动台；所述的发射天线阵和接收天线阵完全相同且背靠背放置于底座上，放置间距可为任意值；发射天线阵和接收天线阵的阵元可为任意单向天线形式,阵元背面带有地板，地板上有同轴接头，阵元间距可任意取值；所述的相位共轭电路模块的每个通道由相位共轭混频器、射频功率放大器、本振源、本振功率放大器、本振滤波器、多路功分器、增益控制模块、同轴线以及电源接口构成；所述的照明天线为任意单向天线形式，其主辐射方向正对接收天线阵，置于照明天线移动台上；相位共轭电路模块通过同轴线分别和接收天线阵与发射天线阵连接；

进一步的，所述的相位共轭混频器、射频功率放大器和一对同轴线接头组成一个相位共轭通道；相位共轭电路模块所含相位共轭通道数目与收发天线阵阵元数目相等；每个相位共轭子单元用一对等长同轴线与接收天线阵和发射天线阵的一对互相对应的阵元相连；所有连接接收天线阵、发射天线阵和相位共轭电路模块的同轴线长度相等；所述的相位共轭混频器本振频率为射频频率的两倍，射频频率和中频频率相等；所述多路功分器的工作频率和本振源频率相同，功分路数和收发天线阵阵元数目相等，每路输出的信号等幅同相。