[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生毫米波貝塞爾波束的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811037079.X
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109346849B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉喆;張德海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心
• 主分類號(hào): H01Q19/06
• 分類號(hào): H01Q19/06
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生毫米波貝塞爾波束的裝置，所述裝置包括：兩個(gè)設(shè)置在同一平面上的相同的準(zhǔn)光器件組，所述準(zhǔn)光器件組包括饋源和透鏡；所述饋源和透鏡均傾斜放置，兩者的傾斜角相同；所述饋源為介質(zhì)棒天線，用于將產(chǎn)生的高斯波束入射到透鏡上，所述透鏡用于輸出貝塞爾波束。本發(fā)明的裝置將透鏡和饋源綜合設(shè)計(jì)為一個(gè)準(zhǔn)光器件組，該準(zhǔn)光器件組可以使得現(xiàn)有裝置的長(zhǎng)度縮短70％，并且對(duì)于加工精度要求相對(duì)較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于毫米波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種產(chǎn)生毫米波貝塞爾波束的裝置。

背景技術(shù)

在可見(jiàn)光和紅外領(lǐng)域，常利用高斯波束進(jìn)行準(zhǔn)直和切割等操作，同時(shí)希望高斯波束具有衍射角小和波束半徑小的特點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，波束發(fā)散角和衍射角呈現(xiàn)反相關(guān)的關(guān)系，因此，人們一直在尋找一種方式，能夠使得激光束不發(fā)生衍射或者在一定傳輸距離內(nèi)不發(fā)生衍射，1987年美國(guó)科學(xué)家首次引入“無(wú)衍射光束”的概念，并在理論和實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證，從理論上證明了絕對(duì)意義上的無(wú)衍射光束是不可能存在的，但是在相對(duì)意義上，有限能量的光束仍然可以實(shí)現(xiàn)有限距離的無(wú)衍射傳輸，因此前人的研究工作就集中在如何簡(jiǎn)單有效的產(chǎn)生貝塞爾光束，貝塞爾光束如何能在更長(zhǎng)的距離實(shí)現(xiàn)無(wú)衍射，貝塞爾波束的轉(zhuǎn)化效率能否提高。

在毫米波波段，產(chǎn)生貝塞爾波束的方法與可見(jiàn)光及紅外波段類似，但是難點(diǎn)又有不同，毫米波波段的波束準(zhǔn)直并不像紅外和可見(jiàn)光那么容易，很多方法是不能采用的，如倒置望遠(yuǎn)鏡法，其原因在于該種方法產(chǎn)生的貝塞爾波束的光斑過(guò)于大，能量集中度不夠，因此考慮到其準(zhǔn)直往往采用超材料透鏡天線，但是超材料透鏡天線其加工難度較大，精度要求頗高，使用頻帶較窄，一直限制了其使用。因此在毫米波波段，產(chǎn)生的貝塞爾波束要求光斑大小要盡量小，裝置要盡量簡(jiǎn)單，得到的傳輸距離要盡量長(zhǎng)。

貝塞爾波束的產(chǎn)生方法一般來(lái)說(shuō)是利用兩個(gè)高斯波束進(jìn)行干涉產(chǎn)生的結(jié)果，因此，無(wú)論是采用全息圖還是軸棱錐還是狹縫法，都是利用同一個(gè)發(fā)射饋源發(fā)出的波束，將其進(jìn)行分束，再將其波束方向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，由傳統(tǒng)的球面波轉(zhuǎn)換成錐形波束，利用兩個(gè)錐形波束的干涉形成貝塞爾波束，這種方法最大的問(wèn)題在于分束的精準(zhǔn)度要求頗高，容易形成失配，造成系統(tǒng)性能變差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有貝塞爾波束的產(chǎn)生裝置存在的上述缺陷，本發(fā)明采用了雙饋源結(jié)構(gòu)的裝置，并且不需要加工精度要求較高的棱鏡，該裝置具有轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生毫米波貝塞爾波束的裝置，所述裝置包括：兩個(gè)設(shè)置在同一平面上的相同的準(zhǔn)光器件組，所述準(zhǔn)光器件組包括饋源和透鏡；所述饋源和透鏡均傾斜放置，兩者的傾斜角相同；所述饋源為介質(zhì)棒天線，用于將產(chǎn)生的高斯波束入射到透鏡上，所述透鏡用于輸出貝塞爾波束。

作為上述裝置的一種改進(jìn)，所述傾斜角不超過(guò)10°。

作為上述裝置的一種改進(jìn)，所述傾斜角為5°。

作為上述裝置的一種改進(jìn)，兩個(gè)準(zhǔn)光器件組的水平距離介于100mm-200mm。

作為上述裝置的一種改進(jìn)，所述一個(gè)準(zhǔn)光器件組的饋源與透鏡的豎直距離大于100mm；所述一個(gè)準(zhǔn)光器件組的饋源與透鏡的豎直距離為高斯波束中心點(diǎn)到饋源口面的距離S與高斯波束中心點(diǎn)到透鏡的距離S₁的和；所述高斯波束中心點(diǎn)到饋源口面的距離S的計(jì)算過(guò)程為：利用所需饋源的遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，得到饋源的3dB方位角θ，在滿足饋源發(fā)出的高斯波束束腰半徑ω₀₁≥0.9λ條件下，λ為該頻率下的波長(zhǎng)，求出高斯波束中心點(diǎn)到饋源口面的距離S：

作為上述裝置的一種改進(jìn)，所述透鏡的口徑D滿足：D≥3ω，其中，ω為透鏡入射面的高斯波束束腰半徑：

作為上述裝置的一種改進(jìn)，所述透鏡的厚度T為：