本发明专利技术属于微波器件以及天线技术领域，具体涉及一种基于反向场追踪的透镜天线及其台阶厚度的设计方法，该透镜天线包括金属辐射薄膜、介质基底以及带台阶透镜，金属辐射薄膜生长在介质基底的一端，带台阶透镜装在介质基底的另一端；本方法通过设置平面远场激励来确定高斯束腰的位置，从而确定透镜天线的带台阶透镜及其台阶的尺寸，并根据后续片上天线的需求继续优化带台阶透镜的尺寸；它可以实现，增加透镜天线设计的自由度，同时使得仿真过程的中间结果可视化效果更好，并且还能显著降低设计透镜天线所需的计算量，可以在绝大多数电磁仿真软件内就完成透镜天线的设计，使反向场追踪法具有更好的通用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波器件以及天线，更具体地说，涉及一种基于反向场追踪的透镜天线及其台阶厚度的设计方法。
技术介绍
1、在很多片上天线的设计中，透镜可以显著提升天线的增益，透镜天线被广泛应用在混频器，检测器等微波器件中，它对这些器件的性能提升有极大的作用。透镜天线在设计时，一般都采用高斯准光学理论来计算高斯束腰位置与半径。当透镜天线的高斯束腰位置，即束腰的半径最小处，恰好位于片上辐射电路的金属层时，透镜天线的聚束能力及辐射能力是最强的；
2、同时，当前主流设计思路是先将透镜天线的金属辐射电路、介质基板与透镜建模，然后选取透镜天线中的两个点提取它们的场，最后根据高斯准光学理论算出高斯束腰的位置与半径，再根据计算结果对天线进行尺寸优化。这样的设计流程严格遵循了高斯准光学的计算过程，然而对于电大尺寸的透镜结构来说，利用电磁仿真软件的计算是极为耗时的，并且其中间结果不具有视觉上的直观性，优化迭代缺乏指向性，因此急需一种能够快速直观地设计透镜天线的设计方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有的透镜天线传统优化方法计算量大、极为耗时、不直观、缺乏优化迭代指向性等问题，提供一种基于反向场追踪的透镜天线及其台阶厚度的设计方法，它可以实现增加透镜天线设计的自由度，同时使得仿真过程的中间结果可视化效果更好，并且还能显著降低设计透镜天线所需的计算量。
2、本专利技术采取的技术方案具体如下：
3、透镜天线，包括金属辐射薄膜、介质基底以及带台阶透镜。
>4、基于反向场追踪的透镜天线的台阶厚度的设计方法，包括以下步骤：5、步骤一：选取透镜的直径、透镜台阶的厚度、介质基板的厚度和介质基板的长宽尺寸，在电磁仿真软件中建模，模型包括介质基板和带台阶的带台阶透镜，带台阶透镜装在介质基板的一面；
6、步骤二：设置远场平面波激励，通过观察带台阶透镜天线中的场分布，在电磁仿真软件中对带台阶透镜的台阶厚度进行优化，等电磁波传播到金属辐射薄膜位置时没有到达高斯束腰，则增大台阶厚度，反之则减小台阶厚度，使得高斯束腰的位置恰好位于金属辐射薄膜的位置，此时在金属辐射薄膜位置的介质表面的电场高斯束腰的半径为w0；
7、步骤三：设计金属辐射薄膜上的片上天线辐射结构，该步可根据具体需求设计具体结构，仿真天线辐射结构时，将带台阶透镜删除以加快仿真过程速度，此时得到片上天线的谐振电流半径r；
8、步骤四：比较w0与r，如果设计发射天线，w0>r即可，如设计接收天线，需要w0<r；
9、如果需要增大w0，则减小带台阶透镜的半径，返回步骤二继续优化，如需要减小w0，则增大带台阶透镜的半径，返回步骤二继续优化。
10、有益效果
11、相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
12、(1)本方案通过与传统的透镜天线设计方法相比，反向场追踪法所需要的计算量显著地更小，可以极大地提升设计效率。
13、(2)本方案通过，所述透镜台阶作为透镜天线重要的一部分，为透镜天线的设计提供了很重要的一个自由度，可以更加灵活地设计透镜天线。
14、(3)本方案通过，所述反向场追踪法不需要对透镜天线中的多个点的场进行提取，这样可以在绝大多数电磁仿真软件内就完成透镜天线的设计，使反向场追踪法具有更好的通用性，这也同时避免了在设计过程中额外的带入公式的计算，使整个设计过程可以只在电磁仿真软件中完成。
15、(4)本方案通过，所述反向场追踪法中对透镜天线的优化顺序更加合理，不需要先将透镜天线的所有部分都设计出来再盲优化，而是先优化透镜尺寸再设计片上辐射结构，这样可以减少大尺寸物体的剖分网格密度，针对不同的部分进行模块化设计，这样大幅提高了仿真速度。
16、(5)本方案通过，所述反向场追踪法的仿真过程可视化效果好，可以通过观察仿真过程的结果来确定参数优化方向，具有良好的直观性。
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【技术保护点】
1.一种基于反向场追踪的透镜天线，其特征在于：包括金属辐射薄膜(1)、介质基底(2)以及带台阶透镜(4)。
2.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于：所述带台阶透镜(4)中的台阶是指在半球形透镜的圆底面上装上半径与半球型透镜一致的圆柱形，其在加工时与半球形透镜一体成型。
3.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于：所述金属辐射薄膜(1)生长在介质基底(2)的一端，所述带台阶透镜(4)装在介质基底(2)的另一端。
4.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于：所述金属辐射薄膜(1)上刻蚀有用于辐射电磁波的缝隙天线(3)。
5.基于反向场追踪的透镜天线的台阶厚度的设计方法，该方法使用权利要求1-5所述的任意透镜天线，其特征在于：方法包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于反向场追踪的透镜天线，其特征在于：包括金属辐射薄膜(1)、介质基底(2)以及带台阶透镜(4)。
2.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于：所述带台阶透镜(4)中的台阶是指在半球形透镜的圆底面上装上半径与半球型透镜一致的圆柱形，其在加工时与半球形透镜一体成型。
3.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于：所述金...
【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，李焕新，乔丹，陈自如，刘珩，卜祥元，安建平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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