[发明专利]一种近场聚焦全息阵列天线及调控方法

权利要求书

1.一种近场聚焦全息阵列天线，其特征在于，包括SIW波导及同轴馈电结构，所述SIW波导的上表面及下表面分别设置上层金属板及下层金属板，所述上层金属板设置缝隙辐射单元，所述SIW波导中填充波导介质材料，所述波导介质材料中插入金属柱，所述SIW波导的两侧设置延伸波导，所述延伸波导的末端加载超材料吸收边界，所述缝隙辐射单元包括缝隙阵列，每个缝隙设置射频开关，所述同轴馈电结构设置在SIW波导的中心处，向两侧的延伸波导传播TE₁₀模电磁波；

所述射频开关包括依次连接的滤波枝节、低通馈电枝节及开关管，所述开关管两侧设置金属贴片，一侧金属贴片设置在低通馈电枝节与开关管之间，且与开关管的正极连接，另一侧金属贴片与开关管的负极连接，两侧的金属贴片在开关管导通时形成短路，使得缝隙无法工作，关闭缝隙辐射单元。

2.根据权利要求1所述的一种近场聚焦全息阵列天线，其特征在于，所述超材料吸收边界包括周期性排列的方形贴片、介质层及金属层，所述金属层设置在介质层的下表面，介质层的上表面设置方形贴片。

3.根据权利要求1所述的一种近场聚焦全息阵列天线，其特征在于，与开关管负极连接的金属贴片通过短路金属柱与上层金属板连接。

4.根据权利要求1所述的一种近场聚焦全息阵列天线，其特征在于，开关管两侧的金属贴片对称设置，两侧的金属贴片通过与上层金属板形成等效电容和电感，产生并联谐振，实现金属贴片与上层金属板之间的短路。

5.根据权利要求1所述的一种近场聚焦全息阵列天线，其特征在于，所述SIW波导为一个两端口的等幅功分器，等幅功分器的两个输出端口分别与延伸波导连接。

6.根据权利要求1所述的一种近场聚焦全息阵列天线，其特征在于，缝隙阵列中，相邻缝隙间隔十分之一波长。

7.根据权利要求1所述的一种近场聚焦全息阵列天线，其特征在于，所述同轴馈电结构包括同轴线，同轴线的内芯接波导介质材料，外芯接下层金属板，信号由SMA头馈入。

8.根据权利要求1所述的一种近场聚焦全息阵列天线，其特征在于，所述开关管为pin管或变容二极管。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的近场聚焦全息阵列天线的调控方法，其特征在于，调控方法采用基于幅度加权方法，具体为：

步骤1：根据相位计算公式和预设焦点的直角坐标写出自由空间中预设焦点对应的单元激励相位加权公式：

A＝cos(ψ₀-(ψ_r)^*)

其中，ψ₀为参考波在缝隙辐射单元处的相位，ψ_r为缝隙辐射单元在预设焦点处的辐射相位；

步骤2：计算出SIW波导上层金属板上每个缝隙的相位加权分布，得到一个二维矩阵，并通过公式对矩阵中的值进行判决：

使所得矩阵元素值只有0和1，其中T为预设的阈值；

步骤3：根据步骤2所得矩阵中1/0值确定每个对应位置处射频开关的状态，通过FPGA控制电路和直流偏置网络，为所有射频开关施加相应的直流偏置电压以控制其通断，元素值为1时施加的直流偏置电压大于其导通阈值，导通对应射频开关，元素值为0时施加的直流偏置电压小于其导通阈值，断开对应射频开关；

步骤4：若预设焦点的位置发生改变，则重复上述步骤1至步骤3。