[發(fā)明專利]基于相控陣的電磁能遠(yuǎn)場無衍射傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810331580.0
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108565992B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖龍;譚輝;劉其鳳;龔俊斌;左宇;王春
• 申請（專利權(quán)）人: 中國艦船研究設(shè)計(jì)中心
• 主分類號: H02J50/20
• 分類號: H02J50/20;H02J50/23
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平;楊曉燕

1.基于相控陣的電磁能遠(yuǎn)場無衍射傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、將空間高斯分布電磁場從高斯波束轉(zhuǎn)換為無衍射波束，無衍射波束的電磁波沿傳播方向電磁場不發(fā)生變化，具體為：

i)首先確定電磁波的標(biāo)量波動方程：

式(1)中，為哈密頓算子，E(r,t)為場強(qiáng)，r為場點(diǎn)，t為時間，表示光速，ε₀表示自由空間的介電常數(shù)，μ₀表示自由空間的磁導(dǎo)率；

ii)然后在笛卡爾坐標(biāo)系中假設(shè)電磁波沿z方向傳播，如果場強(qiáng)E(r,t)分離為沿z方向分量與橫向分量相乘形式，即實(shí)現(xiàn)場強(qiáng)在橫向分量不隨沿z方向分量變化；

以Bessel光束為例分析，利用Bessel函數(shù)展開，式(1)中場強(qiáng)E(r,t)寫為：

E(r,t)＝2πAJ₀(αρ)exp(i(βz_e-ωt)) (2)

式(2)中，J₀為零階Bessel函數(shù)，A為待定系數(shù)，α為電磁波沿橫向傳播系數(shù)，β為電磁波沿z向傳播系數(shù)，ρ為電磁波橫向距離長度，z_e為電磁波沿z方向長度，ω為角頻率；

S2、由于電磁場從高斯波束變?yōu)闊o衍射波束，聚焦深度發(fā)生質(zhì)變化：

高斯波束聚焦傳輸距離Z_gauss由下式?jīng)Q定：

其中Z_gauss-max為高斯波束聚焦最遠(yuǎn)傳輸距離，D為天線口面直徑，λ為電磁波波長；

設(shè)無衍射波束為零階Bessel波束，Bessel波束最大傳輸距離Z_Bessel-max為：

其中α為電磁波沿橫向傳播系數(shù)；

S3、基于相控陣的天線口面，組成無衍射天線區(qū)域，通過控制天線口面相位，在電磁能量的遠(yuǎn)場實(shí)現(xiàn)電磁能聚焦傳輸，其中，無衍射天線區(qū)域的相控陣分為傳統(tǒng)無衍射區(qū)(D＜d₁)與消逝場放大區(qū)(d₁≤D＜d₂)，其中d₁為傳統(tǒng)無衍射區(qū)最大直徑，d₂為實(shí)際天線外形直徑；在傳統(tǒng)無衍射區(qū)(D＜d₁)中實(shí)現(xiàn)無衍射聚焦傳輸；在消逝場放大區(qū)(d₁≤D＜d₂)中，通過變換光學(xué)控制每個發(fā)射單元的天線口面相位φ＝f(x_e,y_e)將虛擬天線區(qū)域(d₂≤D＜d₃)中本來以消逝場形式存在的電磁場變換為傳播場，最終將等效天線尺寸大小由d₂外推至d₃，d₃為相位操控天線的等效直徑，即用實(shí)際天線外形直徑為d₂的天線實(shí)現(xiàn)等效直徑為d₃的天線聚焦效能，等效為增加了天線的等效口徑；

每個發(fā)射單元的天線口面相位設(shè)置依據(jù)遠(yuǎn)場電磁場分布計(jì)算公式得到

式中，φ為天線口面相位，x_e、y_e分別為電磁波沿x、y方向長度。