一种近场聚焦透镜天线的设计方法及近场聚焦透镜天线技术

本发明专利技术属于天线领域，具体地说，涉及一种制备用于成像的近场聚焦透镜天线的方法及一种近场聚焦透镜天线，该近场聚焦透镜天线包括：光滑内壁矩形喇叭天线(1)、近场聚焦透镜(2)、固定装置(3)；该方法包括：步骤1)计算喇叭天线的参数；步骤2)计算近场聚焦透镜的外部参数；步骤3)计算近场聚焦透镜的内部参数，并对得到的近场聚焦透镜天线进行公差分析与计算；步骤4)计算近场聚焦透镜天线的近场增益，以近场聚焦3dB直径作为分辨率的值，判断分辨率的计算结果是否符合设计要求；步骤5)仿真计算固定装置对透镜天线的力学和电学性能的影响，判断影响程度是否在可接受的范围内。断影响程度是否在可接受的范围内。断影响程度是否在可接受的范围内。

【技术实现步骤摘要】
一种近场聚焦透镜天线的设计方法及近场聚焦透镜天线


[0001]本专利技术属于天线
，具体地说，涉及一种近场聚焦透镜天线的设计方法及近场聚焦透镜天线。

技术介绍

[0002]太赫兹波波长介于毫米波和可见光之间，在空间探测和地面的近距离探测应用较多，与已经广为应用的毫米波相比，太赫兹波用于成像可以取得比毫米波成像更高的分辨率。太赫兹成像方法分为相干式和非相干式，点扫描法作为非相干式的一种基本成像方式，具有分辨率较高的特点，可以将成像分辨率提高到接近衍射极限的水平，不足之处在于成像只能逐点进行，因此对于大面积的成像需要扫描的时间较长。点扫描法成像属于近场非相干成像的一种，其原理是将发射源与样品分开放置，将太赫兹的发射源发出的波束利用准光系统聚焦，将聚焦后的光斑照射待成像样品，将反射/折射后的信号被接收机接收。为了实现近场聚焦，采用透镜天线是一种较为简单的准光聚焦方式，可以通过介质材料的折射实现波束的幅相调制，改善聚焦性能，实现接近衍射极限的聚焦。
[0003]太赫兹频段实现近场状态下达到衍射极限的聚焦方式需要利用准光系统实现，准光系统中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近场聚焦透镜天线的设计方法，所述近场聚焦透镜天线包括：光滑内壁矩形喇叭天线(1)、近场聚焦透镜(2)和固定装置(3)；所述固定装置(3)将矩形喇叭天线(1)和近场聚焦透镜(2)固定；所述方法包括：步骤1)根据设置的近场聚焦透镜天线的远场增益要求和工作频率计算光滑内壁矩形喇叭天线的参数；步骤2)根据设置的矩形喇叭天线口面到透镜前表面的距离计算近场聚焦透镜的外部参数；步骤3)根据外部参数计算近场聚焦透镜的内部参数；步骤4)根据步骤1)
‑
步骤3)得到的近场聚焦透镜天线，利用快速多级子法，计算近场聚焦透镜天线的近场增益，并计算分辨率结果是否符合要求；步骤5)仿真计算固定装置对近场聚焦透镜天线的力学和电学性能的影响，判断固定装置引起的形变对于透镜电学性能的影响程度是否在可接受的范围内，完成近场聚焦透镜天线的设计。2.根据权利要求1所述的近场聚焦透镜天线的设计方法，其特征在于，所述步骤1)中的光滑内壁矩形喇叭天线的参数包括：喇叭天线的长边斜径R
h
和短边斜径R
e
、喇叭天线的矩形口面的长边W和短边尺寸H，计算式分别为：口面的长边W和短边尺寸H，计算式分别为：R
h
＝0.0746
·
GλR
e
＝0.0531
·
Gλ其中，G为喇叭天线的远场增益，λ为波长。3.根据权利要求1所述的近场聚焦透镜天线的设计方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述近场聚焦透镜的外部参数包括：近场聚焦透镜的焦距、近场聚焦透镜的数值孔径和近场聚焦透镜的口径；其中，近场聚焦透镜的焦距f的计算式为：其中，L1为设置的矩形喇叭天线口面到透镜前表面的距离，L2为透镜的像距。4.根据权利要求3所述的近场聚焦透镜天线的设计方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述近场聚焦透镜的数值孔径NA的计算式为：NA＝sinθ其中，θ为天线发射波束角的一半；近场聚焦透镜的口径D的计算式为：D＝l1·
NA其中，l1为喇叭天线的馈电端到开口端之间的距离。5.根据权利要求3所述的近场聚焦透镜天线的设计方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述近场聚焦透镜的数值孔径NA设置在0.5以下。6.根据权利要求1所述的近场聚焦透镜天线的设计方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述近场聚焦透镜的内部参数包括：透镜前表面的曲率半径、透镜后表面的曲率半径和
conic常量；具体地，将近场聚焦透镜设置为两片透镜组成的透镜组，则透镜组四个表面均满足：式中，z
i
为透镜组的光轴；r
i
为透镜组的子午面坐标；k
i
为conic常量，该常量用于使用一个统一的表达式表示二次型曲面；c
i
为透镜组中任意透镜前表面或后表面的曲率半径；下角标i＝1,2,3,4，表示透镜组距离矩形喇叭天线由近到远的四个曲面。7.根据权利要求6所述的近场聚焦透镜天线的设计方法，其特征在于，所述步骤3)还包括：调整c
i
和k
i
，以实现近场聚焦透...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喆，陈政宇，项道才，王酣，
申请(专利权)人：中国电子技术标准化研究院，
类型：发明
国别省市：