[發(fā)明專利]基于時間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場賦形產(chǎn)生方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410440116.7
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104331317B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙德雙;朱敏;楊昌興;王秉中
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心51203
• 代理人: 張楊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁波的空間傳播與控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于時間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場賦形產(chǎn)生方法。

背景技術(shù)

賦形是指賦予某一物質(zhì)或物體以特定的幾何形體。在電磁學(xué)領(lǐng)域，賦形有大量的研究，特別是波束賦形。波束賦形是指通過合理地設(shè)計(jì)天線陣列的各陣元的激勵幅度和相位，使天線陣列的遠(yuǎn)場區(qū)輻射方向圖變?yōu)槟骋惶囟ǖ膸缀涡螤睿靡愿采w特定的通信區(qū)域，例如錐形、扇形、平頂波束、馬鞍波束等等。波束賦形在移動通信、衛(wèi)星通信、保密通信中應(yīng)用極為廣泛，例如文獻(xiàn)“葉圓，波束賦形技術(shù)在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用，通信技術(shù)，第42卷，第10期，2009”，“李曉明等，利用智能天線廣播波束賦形實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋優(yōu)化，電信科學(xué)，第6期，2009”等，分別研究了波束賦形在個人無線通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。為解決基站多通信目標(biāo)問題，論文“白小平，基站天線波束賦形及其應(yīng)用研究，西安電子科技大學(xué)，2013.03”通過研究，采用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)出了窄波束、寬波束、馬鞍形波束、垂直面下傾波束等多種特定波束。雖然人們對波束賦形研究比較深入，但這些研究僅僅局限于對天線陣列的遠(yuǎn)場輻射方向圖進(jìn)行賦形，且其賦形空間也只能局限于在遠(yuǎn)場區(qū)的空間立體角范圍。

隨著電磁波的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，特別是在生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用，急需研究電磁波信號的空間場賦形。例如，腫瘤化療、生物效應(yīng)研究、微波育種、微波加熱、微波切割等等，這些應(yīng)用均需求能夠?qū)㈦姶艌瞿芰繀R聚在某一固定的區(qū)域，用以對特定的作用對象進(jìn)行微波作用。與天線陣的波束賦形不同，空間電磁場賦形是指在特定的時域和空間范圍內(nèi)，使電磁波信號的場強(qiáng)度分布滿足或達(dá)到預(yù)期指定的空間幾何形狀。其通常要求在作用對象范圍內(nèi)形成特定形狀的空間場強(qiáng)分布，而不是輻射遠(yuǎn)場區(qū)，也不是像天線陣列那樣在 某一立體角范圍內(nèi)進(jìn)行賦形。相比天線陣列的波束賦形，空間電磁場賦形應(yīng)用范圍更為廣泛，但技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度也極大。

時間反演(Time Reversal，TR)是近年來電磁學(xué)領(lǐng)域發(fā)展出的一種新型的自適應(yīng)空間電磁波傳輸技術(shù)。在復(fù)雜的電磁波傳播環(huán)境下，時間反演電磁波可表現(xiàn)出空時同步聚焦、超分辨率聚焦等獨(dú)特的物理特性，這些特性可廣泛地將其應(yīng)用于無線通信、微波成像、電磁波功率合成等領(lǐng)域，用以解決復(fù)雜電磁環(huán)境下的多徑電磁干擾、電磁能量匯聚、提高成像分辨率等技術(shù)難題。2011年，H.Dobsicek等人利用時間反演傳輸技術(shù)，研制出了一種微波功率合成系統(tǒng)，通過利用功率合成方法，實(shí)現(xiàn)電磁場能量的單點(diǎn)聚焦，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞進(jìn)行微波治療，具體方法與技術(shù)詳見參考文獻(xiàn)“H.Dobsicek等，時間反演微波過熱系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，第30次國際無線電科技聯(lián)盟聯(lián)合國大會和科學(xué)討論會，頁碼13-20，2011年”。2013年，M.D.Hossain等基于時間反演技術(shù)，提出了一種新型微波成像方法，并實(shí)驗(yàn)證明，相比傳統(tǒng)的時間反演微波成像技術(shù)，波束域時間反演微波成像技術(shù)對癌細(xì)胞目標(biāo)位置的識別效率更高、精度更好，具體內(nèi)容可參見文獻(xiàn)“M.D.Hossain等，用于乳腺癌細(xì)胞檢測的波束域時間反演微波成像，電氣與電子工程師協(xié)會天線與無線傳播，第12卷，頁碼241-244，2013年”。

眾多研究表明，時間反演對電磁波的聚焦傳輸具有較強(qiáng)的自適應(yīng)傳輸控制效果，但通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)和資料的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)研究基于電磁波能量單點(diǎn)聚焦傳輸控制。目前，還未見到采用時間反演電磁波傳輸方法，實(shí)現(xiàn)電磁波信號的空間場賦形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于時間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場賦形產(chǎn)生方法，該方法基于時間反演電磁理論，借助時間反演電磁波的空時聚焦原理，將電磁波聚焦成特定幾何形狀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的空間電磁場強(qiáng)度分布圖形。空間電磁場賦形不同于空間點(diǎn)聚焦以及天線波束賦形，它不局限于將能量以聚焦于一個點(diǎn)或者某一個傳播方向，而是在空間區(qū)域內(nèi)使電磁波的能量能夠在一個特定形狀的位置聚焦，形成一個特定的賦形電磁場，相當(dāng)于是不同電磁波從不同方向傳播，最終在空間預(yù)期位置形狀內(nèi)達(dá)到能量的聚焦，形成一個賦形電磁場。本發(fā)明 利用時間反演電磁波傳輸方法，可以簡單、方便地得到一個預(yù)期賦形電磁場。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于時間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場賦形產(chǎn)生方法，包括以下步驟：

步驟一：在預(yù)期的賦形場所在區(qū)域，利用全向性天線，構(gòu)建一個“賦形場天線陣”作為發(fā)射陣列，此陣列的幾何部署與預(yù)期賦形場的形狀保持相同。