[发明专利]一种近场聚焦全息阵列天线及调控方法

说明书

本发明公开了一种近场聚焦全息阵列天线及调控方法，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。本发明天线，通过近场聚焦，令辐射能量尽可能地聚集在焦点处，聚焦的效果非常明显。

技术领域

本发明涉及全息天线技术领域，具体涉及一种近场聚焦全息阵列天线及调控方法。

背景技术

全息原理起源起物理光学，是指利用全息结构来记录参考波和物波相干形成的干涉条纹，得到全息结构，再用参考波照射该全息结构衍射出物波。相比于传统的只能记录光照强度的胶片，全息结构可以同时记录物波的强度和相位信息，因此可以实现物体图像的重现。

不像光学领域有众多可以记录波束干涉信息的材料，微波领域中记录材料一直是一个难以解决的问题，这也在很长一段时间阻碍了全息技术在微波领域的应用。1968年,由P.F.Checcacci第一次将全息技术应用于微波领域，他们通过调整硬石蜡板的厚度、金属贴片的面积以及金属条带的位置等方式实现全息图案的记录，并基于此设计了一款VHF频段的全息天线。2007年，P.Sooriyadevan根据电磁场唯一性定理，通过在干涉场极小值点放置金属条带来模拟理想电壁的边界条件，实现了全息图案的记录，不过这种全息结构仅仅记录了干涉场的极小值，对全息图案的记录还不够精确，还原出来的物波与原波误差较大。2012年Darwin Blanco和Eva Rajo-Iglesias通过在平面平行波导中激励TM₀模的电磁波，根据平行波导上的相位分布和焦点位置对平行波导上的辐射单元进行控制，实现近场聚焦的效果

全息天线技术是通过微波材料与工艺，将目标波束集成记录在全息结构上，当用源天线给全息结构馈电时，通过衍射可以还原出目标波束。全息天线技术很好的兼顾了天线的性能、成本及体积，是毫米波天线的一个重要发展分支。

现在已经提出了很多用于全息结构设计的方法，比如在干涉场极小值位置放置金属条，根据阻抗表面综合设计的不同尺寸的金属贴片阵列，并于阵列中心处用偶极子馈电。此外，横向馈电的纵向矩形波导缝隙阵，同轴馈电的径向波导中的单一缝隙阵，反射消除缝隙对螺旋阵，偶极子，以及介质谐振天线均能实现全息结构的构建。

在实际工作中，聚焦阵列天线可应用于输能过程中。与传统的输能天线相比，聚焦阵列天线能够通过聚焦提升能量传输效率，减少传输过程中的能量损耗。通过改进聚焦阵列天线，形成多个焦点的辐射聚焦，能够将天线应用与多波束通信中，提高能量利用效率，在通信距离不变的条件下，提高不同方位用户的通信质量。在低轨卫星的工作过程中，卫星与地面的通信需要电磁波穿过大气层，较大的通信距离严重的降低了通信的质量；如果采用聚焦天线的技术，能将卫星天线平行发送到地面的电磁波能量汇集在单点上，提升地面基站所接收到的能量，减少通信距离导致的信息失真，也能够节约卫星用于通信的能量。相较于2/3/4G通信，5G/6G通信的基站由于极大的提高工作频率，信号在传输途径上的衰减极为明显，这导致了信号随距离增加而急剧减小；如果采用聚焦的方法进行信号的输送，将平行传输的能量聚焦于多个点上，既能同时为多个方位提供5G/6G通信服务，又能提高高频基站的信号有效传输距离。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明的首要目的是提供一种近场聚焦全息阵列天线。本发明天线基于全息原理，能够在近场区域实现单点的能量聚焦。

本发明的次要目的是提供一种近场聚焦全息阵列天线的调控方法。

本发明的首要目的采用如下技术方案：