[发明专利]一种空间一维扫描透镜天线的设计方法及波束扫描方法

权利要求书

1.一种空间一维扫描透镜天线的设计方法，其特征在于：

所述扫描透镜天线包括馈源天线、金属壁和抛物线相位分布的电磁透镜，所述馈源天线位于下方，所述电磁透镜位于上方，所述金属壁连接两者，达到扫描透镜天线整体结构支撑作用；

所述扫描透镜天线包括如下设计步骤：

步骤1. 确定馈源天线相位中心到电磁透镜的距离f；

步骤2. 计算馈源天线在电磁透镜所处平面的相位分布：

其中r为馈源天线在电磁透镜所处平面的投影到电磁透镜中心点的距离，k₀为空间波数，φ₀为馈源天线初始相位；

步骤3. 计算馈源天线在电磁透镜所在平面的能量分布来确定平面电磁透镜的尺寸，以电磁透镜中心为0dB参考点，周边功率下降到-10dB为截止点来计算平面电磁透镜的范围(-r’, r’)；

根据步骤2计算的相位分布，对其在(-r’, r’)范围内采用抛物线公式的近似表达式：

然后依据判定条件，来求得抛物线二次线系数a；

步骤4. 对步骤3中得到馈源天线抛物线相位分布进行互补，设计相位分布为的电磁透镜结构。

2.根据权利要求1所述的一种空间一维扫描透镜天线的设计方法，其特征在于：所述电磁透镜由不同形状和尺寸的金属贴片单元构成，从而实现抛物线相位分布。

3.根据权利要求1所述的一种空间一维扫描透镜天线的设计方法，其特征在于：所述扫描透镜天线的整体相位分布由馈源天线和电磁透镜相位分布合成决定，通过平移馈源天线可实现电磁波束的扫描。

4.一种空间一维扫描透镜天线的波束扫描方法，其特征在于：所述波束扫描方法，包括如下步骤：

步骤a. 将馈源天线沿着中心轴线平行放置，保证馈源天线在最下方，并且相位中心位于电磁透镜下方垂直距离f处；

步骤b. 由已知的电磁透镜相位分布，和馈源天线相位分布，得到总的相位分布：

其中r为馈源天线在电磁透镜所处平面的投影到电磁透镜中心点的距离，φ₀为馈源天线初始相位，a为抛物线二次线系数；

步骤c. 运用步骤b的合成方法，将馈源天线平行于电磁透镜平移距离m，则在电磁透镜平面处其相位分布为：，而电磁波穿过电磁透镜后在出射口面处新的合成相位分布如下式所示：

步骤d. 根据合成相位梯度和天线波束指向的关系：

其中λ₀为馈源天线的波长；

可得到波束扫描角θ_com为：

。