[發(fā)明專(zhuān)利]一種近場(chǎng)低旁瓣平頂Bessel-Gauss波束的徑向槽陣列天線(xiàn)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010142398.8
• 申請(qǐng)日: 2020-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111326853B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧萍;黃卡瑪;楊陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q1/36
• 分類(lèi)號(hào): H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q21/00
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專(zhuān)利中心 51203
• 代理人: 鄧?yán)?/td>

本發(fā)明提供一種基于Bessel?Gauss函數(shù)的近場(chǎng)低旁瓣平頂天線(xiàn)，屬于微波輸能領(lǐng)域。本發(fā)明基于Bessel?Gauss函數(shù)，提出一種徑向槽陣列天線(xiàn)，在近場(chǎng)處能產(chǎn)生低旁瓣平頂波束，在保證接收天線(xiàn)功率密度的均勻性，解決現(xiàn)有Bessel天線(xiàn)旁瓣高的問(wèn)題。本發(fā)明天線(xiàn)包括上表面設(shè)置為槽陣列的徑向圓波導(dǎo)、同軸饋線(xiàn)以及匹配結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)場(chǎng)投射算法，將天線(xiàn)近場(chǎng)處的具有低旁瓣平頂波束特性的目標(biāo)場(chǎng)投射到天線(xiàn)表面，獲得天線(xiàn)表面的目標(biāo)磁流分布。再以?xún)?yōu)化表面磁流分布為目標(biāo)，布置天線(xiàn)表面的小槽位置和大小，最終建立徑向槽陣列天線(xiàn)模型，使其在近場(chǎng)處產(chǎn)生低旁瓣平頂波束。本發(fā)明基于Bessel?Gauss函數(shù)，所提出的徑向槽陣列天線(xiàn)模型，在近場(chǎng)處具有低旁瓣平頂特性，可廣泛應(yīng)用于微波無(wú)線(xiàn)輸能領(lǐng)域中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波輸能領(lǐng)域，具體涉及一種具有近場(chǎng)低旁瓣平頂波束特性的徑向槽Bessel-Gauss天線(xiàn)。

背景技術(shù)

微波輸能(Microwave Power Transmission，MPT)，是指電能以微波形式從發(fā)射端傳送到接收端，并轉(zhuǎn)換為直流能量的一種無(wú)線(xiàn)能量傳輸方式。此技術(shù)免去了繁雜的電纜線(xiàn)和插座的約束，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)綠色低碳的能源戰(zhàn)略具有重大意義。其中，提高空間傳輸效率，使目標(biāo)天線(xiàn)接收更多的能量，是提高微波輸能系統(tǒng)性能的方式之一。目前，大多數(shù)發(fā)射端采用的是Gauss(高斯)波束。Gauss波束只有一個(gè)主波束，能量可以全部聚集到主波束，廣泛應(yīng)用于微波輸能系統(tǒng)。然而，Gauss波束主波束較寬，定向性差，在傳輸過(guò)程中波束能量會(huì)發(fā)生擴(kuò)散，將會(huì)導(dǎo)致一部分能量“浪費(fèi)”。所以，在傳播距離內(nèi)，發(fā)射波束不發(fā)生衍射波束(非衍射波束)已經(jīng)引起大量研究者的關(guān)注。其中，Bessel(貝塞爾)非衍射波束具有較好的橫向分辨率，主瓣尺寸小、定向性好等特性，較其他非衍射波束，更適合作為發(fā)射波束用于微波輸能系統(tǒng)，使主波束能量更集中地到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，定向地對(duì)目標(biāo)天線(xiàn)進(jìn)行能量傳輸。但是，Bessel波束將有部分能量分布在旁瓣上，導(dǎo)致主波束會(huì)失去一部分能量，使到達(dá)目標(biāo)天線(xiàn)的主波束能量變小。因此，Bessel非衍射波束用于微波輸能的優(yōu)勢(shì)，相比于Gauss波束，大打折扣。

通過(guò)研究貝塞爾-高斯(Bessel-Gauss)函數(shù)發(fā)現(xiàn)，Bessel-Gauss波束能量以e^-1的速度衰減。如果將Gauss波束的衰減e^-1因子引入到Bessel函數(shù)中，調(diào)制為Bessel-Gauss波束。可以發(fā)現(xiàn)，相比于Bessel波束，Bessel-Gauss波束具有低旁瓣波束；而相比于Gauss波束，其具有主波束窄的特性。所以，作為近場(chǎng)微波輸能系統(tǒng)中的發(fā)射波束，Bessel-Gauss波束更具有優(yōu)勢(shì)。再者，有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)Gauss波束的腰束寬度，Gauss主波束將具有平頂特性，可以在無(wú)線(xiàn)能量傳輸中保證接收端功率密度的均勻性，對(duì)提高接收效率以及簡(jiǎn)化整流電路的設(shè)計(jì)具有重要意義。所以，若應(yīng)用于Bessel-Gauss中，將其頂部為拋物面分布的主波束也“削平”，即為平頂波束，這樣可以確保接收端功率密度的均勻性。