新型近场轮廓波毫米波天线的合成方法

毫米波天线是高功率毫米波辐射系统中的关键组件，它充当转换器的角色，将馈线中的毫米波转换为空间中的预定模式，这意味着天线的几何形状决定了其在近场和远场的辐射场分布。毫米波天线在高性能毫米波应用中扮演着重要角色，例如在毫米波主动拒绝系统（ADS）中，用户期望在天线近场区域创建均匀的波束或控制区域，特别是在ADS系统中，目前使用的反射天线被集中在特定距离上。 本篇研究论文提出了新型近场轮廓波毫米波天线的合成方法。文章首先对圆形孔径毫米波天线的近场积分微积分公式进行了推导，并提供了一种新颖的算法，利用快速傅里叶变换（FFT）技术，实现了孔径分布与轴向分布之间的前后转换。在远场模式合成中广泛使用的仅相位方法的基础上，给出了一种方法来合成具有轮廓近场波束的圆形孔径天线。为了验证所提出的合成方法，研究团队合成了一个直径为1.2米、工作频率为95GHz的圆形反射器天线，在距离为25米至100米的近场范围内，得到了具有准恒定功率密度和波束半径的均匀波束波。相对差异低于10%。设计并测试了一个直径为0.3米的反射器，测试结果与仿真结果吻合得很好。 在论文中，作者深入探讨了圆形孔径毫米波天线在近场区域具有轮廓波束波合成方法的重要性，尤其是在毫米波主动拒绝系统（ADS）、国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目中的等离子体加热以及射频识别（RFID）等应用领域。这些应用领域都对天线的近场特性提出了特殊的要求，尤其是希望在近场区域能够形成均匀的波束或控制区域。 论文中所提到的仅相位方法是一种在远场模式合成中被广泛采用的技术，这种技术在实现远场模式合成时具有独特的优势。但是，将其应用在近场区域的波束波合成上，需要对算法进行适应性改进，以满足近场区域对波束波形状和分布的要求。作者所提出的合成方法正是基于对现有算法进行改进，以适应近场波束波合成的需求。 此外，作者在论文中还讨论了物理光学（physical optics）和迭代合成（iterative synthesis）在天线设计中的应用。物理光学方法被广泛应用于电磁波散射和辐射问题的求解中，特别是在高频近似情况下。迭代合成技术则提供了一种解决复杂优化问题的迭代方法，能够在满足一定约束条件下，逐步逼近最优解。 本研究论文的贡献在于提出了一种新的波束波合成方法，并通过实验验证了其有效性。这对于未来毫米波天线的设计和应用具有重要的理论和实践意义，特别是在需要在近场区域实现特定波束波形状的应用场合中。通过该方法，设计师可以更精确地控制毫米波天线在近场区域的辐射特性，从而满足特定应用场景的需求。