[发明专利]一种通过多焦点相位分布的平面透镜波束扫描天线系统与方法

权利要求书

1.一种通过多焦点相位分布的平面透镜波束扫描天线系统进行波束扫描的方法，其特征在于，平面透镜波束扫描天线系统包括以下装置：平面透镜天线，所述平面透镜天线包括相位调制层、设置于所述相位调制层上的耦合层及设置于所述耦合层上的极化转化层；馈电天线，所述馈电天线为电控伺服平面轨道移动喇叭馈源、射频开关电控的阵列天线、有源/无源相控阵天线中的一种，且所述馈电天线通过RF输入和FPGA控制，所述射频开关电控的阵列天线包括n个并列的天线单元，其中，平面透镜划分成三部分，分别记作T1、T2和T3，T1、T2和T3对应的虚拟焦点依次为点F1、F2、F3，对于T2相位分布设计即将从点F2辐射的球面波转化成等相位平行于透镜的平面波，T1的虚拟焦点为F1，采取的相位分布是使F1发出的球面波转换成与透镜平面存在透射波束的指向角为θ₁的平面波，T1和T3的相位分布关于z轴对称；F1和F3分别用来补偿其对称侧区域的相位及中心焦点F2左侧的虚拟焦点F1补偿透镜右侧的T3区域，以及置于右侧的虚拟焦点F3补偿透镜左侧的T1区域，实现整体的透镜相位补偿分布设计；并包括以下步骤：

S1、计算单焦点平面透镜相位分布水平位置改变时的透射相位，并通过泰勒公式展开得到一阶线性项，其中所述步骤S1中的计算透射相位的方法为：

设置传播常数为k₀，x轴馈电偏移量为a，焦距为F，输出光束的倾斜角度α₀，则透射相位为：

理想透射相位为：

S2、比较单焦点平面透镜相位分布透射相位和理想透射相位的相位误差，根据相位误差判断所需进行相位补偿的区域；

S3、采用交叉式多焦点透镜相位分布设计，每个焦点独立补偿对应透镜区域，通过调整优化焦点的焦距和位置可补偿透镜的相位，其中，所述步骤S3中计算三焦点平面透镜相位的方法为：

B为透镜分块连接点，A为透镜上的任意一点，则三焦点平面透镜相位公式：

其中r为透镜单元中心到相位中心的距离，k0为自由空间的传播常数；

S4、拟合平面透镜天线波束扫描方向图，验证是否满足预设计的波束扫描角度范围，单焦点相位分布增益下降3dB的扫描角度为±15°，三焦点相位分布增益下降3.8dB的扫描角度为±48°；

S5、计算平面透镜的相位分布图，使用选定或设计好的透镜单元结构，根据计算的理论相位分布图完成透镜阵面分布设计；

S6、通过馈电天线进行快速电控波束扫描。

2.如权利要求1所述的一种通过多焦点相位分布的平面透镜波束扫描天线系统进行波束扫描的方法，其特征在于，通过扩展维度实现俯仰角和方位角两个维度的波束扫描覆盖。

3.如权利要求1所述的一种通过多焦点相位分布的平面透镜波束扫描天线系统进行波束扫描的方法，其特征在于，通过调整透镜单元结构和尺寸，实现工作频率为微波、毫米波或太赫兹频段。