一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法以及产生装置与流程

本发明属于通信，具体地说涉及一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法以及产生装置。

背景技术：

1、随着近年来近场天线在微波成像、无线输能等领域应用兴起，无衍射波束因其大景深、传播时一定区域内无衍射损耗、波束自我修复等优点而受到了广泛的研究。理想贝塞尔波束是无衍射波束中最著名的一种波束，其是波动方程在圆柱坐标系下的特解，要求天线口径无限大。在实际应用中，天线口径都为有限值，因此，如何在有限口径下产生高质量的伪贝塞尔波束成为该领域的研究热点之一。

2、目前能够产生伪贝塞尔波束的方案有多种，主要包括透射棱镜、超表面、漏波天线阵列、槽天线阵列、反射阵列天线、近场反射板等，以下技术缺点：往往存在介质损耗，降低了传输效率；产生的伪贝塞尔波束口径电尺寸有限，导致无衍射区域较短；槽天线阵列、漏波天线阵列或采用移相器件的功率容量有限，无法满足高功率传输的应用需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的种种不足，现提出一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法以及产生装置，以解决现有技术存在介质损耗、功率容量有限的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法，包括以下步骤：

4、s100、馈源喇叭输出的电磁波束传播至第一反射面，目标贝塞尔波束反向传播至第二反射面；

5、s200、所述电磁波束经第一反射面传播至第二反射面，得到第二反射面上的相位差，更新第二反射面的形变量；

6、s300、所述目标贝塞尔波束经第二反射面传播至第一反射面，得到第一反射面上的相位差，更新第一反射面的形变量；

7、s400、重复步骤s100到步骤s300，直至输出电磁波束与目标贝塞尔波束的相对场分布达到稳定状态，得到大口径高功率伪贝塞尔波束。

8、本技术方案进一步设置为，所述第一反射面以及所述第二反射面均为赋形反射面天线，其表面均为不规则曲面。

9、本技术方案进一步设置为，步骤s200中，所述得到第二反射面上的相位差，具体为：

10、馈源喇叭输出的电磁波束传播至第一反射面，设定第一反射面的场分布为a(x)exp(jφ(x))，电磁波束经第一反射面传播至第二反射面，设定第二反射面的场分布为更新第二反射面的场相位分布

11、目标贝塞尔波束反向传播至第二反射面，设定第二反射面的场分布为利用得到第二反射面的的相位差

12、本技术方案进一步设置为，步骤s200中，所述更新第二反射面的形变量，具体为：

13、利用得到第二反射面的形变量δzcos(θ)，并更新，其中，k为波矢量，θ为电磁波束在第二反射面的入射角。

14、本技术方案进一步设置为，步骤s300中，所述得到第一反射面上的相位差，具体为：

15、目标贝塞尔波束反向传播至第二反射面，设定第二反射面的场分布为目标贝塞尔波束经第二反射面传播至第一反射面，设定第一反射面的场分布为d(x)exp(jφ′(x))，更新第一反射面的场相位分布φ′(x)；

16、馈源喇叭输出的电磁波束传播至第一反射面，设定第一反射面的场分布为a(x)exp(jφ(x))，利用δφ＝φ(x)-φ′(x)，得到第一反射面的的相位差δφ。

17、本技术方案进一步设置为，步骤s300中，所述更新第一反射面的形变量，具体为：

18、利用δφ＝2kδzcos(θ)，得到第一反射面的形变量δzcos(θ)，并更新，其中，k为波矢量，θ为电磁波束在第一反射面的入射角。

19、本技术方案进一步设置为，步骤s400中，所述输出电磁波束与目标贝塞尔波束的相对场分布达到稳定状态，具体为：

20、由第二反射面反射输出的电磁波束场分布与目标贝塞尔波束场分布的矢量相关系数达到设定阈值。

21、本技术方案进一步设置为，第一反射面、第二反射面的形变导致电磁波束场分布发生改变，则：um＝u0exp(j2kδzcos(θ))，其中，u0为入射电磁波束场分布，um为形变后的电磁波束场分布，k为波矢量，δzcos(θ)为第一反射面、第二反射面的形变量，θ电磁波束在第一反射面、第二反射面的入射角。

22、第二方面，本发明提供一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生装置，包括：

23、馈源喇叭，其用于输出电磁波束；

24、赋形反射面，其用于将馈源喇叭输出的电磁波束进行多次反射并转换为伪贝塞尔波束；

25、口径面，其用于输出经赋形反射面形变后的电磁波束，所述口径面处的电磁场幅度分布为贝塞尔函数，其相位分布为锥形波前。

26、本技术方案进一步设置为，所述赋形反射面包括第一反射面以及第二反射面，所述电磁波束依次传播至第一反射面、第二反射面以及口径面，所述第一反射面以及所述第二反射面均为赋形反射面天线，其表面均为不规则曲面。

27、本发明的有益效果是：

28、构建多反射面系统，使得电磁波在自由空间中传输，仅存在反射面的欧姆损耗，无介质材料和相移器件，具有传输效率高、功率容量高的优点；可以实现大尺寸口径，减少口径截断，使得伪贝塞尔波束无衍射区域大大增加；通用性强，基于准光传输的技术方法可以从微波频段覆盖至太赫兹频段。

技术特征：

1.一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法，其特征在于，所述第一反射面以及所述第二反射面均为赋形反射面天线，其表面均为不规则曲面。

3.根据权利要求1所述的一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法，其特征在于，步骤s200中，所述得到第二反射面上的相位差，具体为：

4.根据权利要求3所述的一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法，其特征在于，步骤s200中，所述更新第二反射面的形变量，具体为：

5.根据权利要求4所述的一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法，其特征在于，步骤s300中，所述得到第一反射面上的相位差，具体为：

6.根据权利要求5所述的一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法，其特征在于，步骤s300中，所述更新第一反射面的形变量，具体为：

7.根据权利要求1所述的一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法，其特征在于，步骤s400中，所述输出电磁波束与目标贝塞尔波束的相对场分布达到稳定状态，具体为：

8.根据权利要求6所述的一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法，其特征在于，第一反射面、第二反射面的形变导致电磁波束场分布发生改变，则：um＝u0exp(j2kδzcos(θ))，其中，u0为入射电磁波束场分布，um为形变后的电磁波束场分布，k为波矢量，δzcos(θ)为第一反射面、第二反射面的形变量，θ电磁波束在第一反射面、第二反射面的入射角。

9.一种实现权利要求1-8任一所述大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法的装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生装置，其特征在于，所述赋形反射面包括第一反射面以及第二反射面，所述电磁波束依次传播至第一反射面、第二反射面以及口径面，所述第一反射面以及所述第二反射面均为赋形反射面天线，其表面均为不规则曲面。

技术总结本发明涉及一种大口径高功率伪贝塞尔波束产生方法以及产生装置，属于通信技术领域，方法包括：S100、馈源喇叭输出的电磁波束传播至第一反射面，目标贝塞尔波束反向传播至第二反射面；S200、电磁波束经第一反射面传播至第二反射面，得到第二反射面上的相位差，更新第二反射面的形变量；S300、目标贝塞尔波束经第二反射面传播至第一反射面，得到第一反射面上的相位差，更新第一反射面的形变量；S400、重复步骤S100到步骤S300，直至输出电磁波束与目标贝塞尔波束的相对场分布达到稳定状态，得到大口径高功率伪贝塞尔波束，本发明能够解决现有技术存在介质损耗、功率容量有限的技术问题。技术研发人员：黄麒力,孙迪敏,胡林林,胡鹏,马国武,卓婷婷,蒋艺,曾造金,张鲁奇,熊寿齐受保护的技术使用者：中国工程物理研究院应用电子学研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/4