(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211032014.2 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 中国电子技 术标准化研究院 地址 100007 北京市东城区安定门东大街1 号 (72)发明人 刘喆　陈政宇　项道才　王酣　 (74)专利代理 机构 北京方安思达知识产权代理 有限公司 1 1472 专利代理师 武玥　王蔚 (51)Int.Cl. H01Q 13/02(2006.01) H01Q 15/02(2006.01) H01Q 19/06(2006.01) H01Q 1/12(2006.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 17/10(2006.01) (54)发明名称 一种近场聚焦透镜天线的设计方法及近场 聚焦透镜天线 (57)摘要 本发明属于天线领域， 具体地说， 涉及一种 制备用于成像的近场聚焦透镜天线的方法及一 种近场聚焦透镜天线， 该近场聚焦透镜天线包 括： 光滑内壁矩形喇叭天线( 1)、 近场聚焦透镜 (2)、 固定装置(3)； 该方法包 括： 步骤1)计算喇叭 天线的参数； 步骤2)计算近场聚焦透镜的外部参 数； 步骤3)计算近场聚焦透镜的内部参数， 并对 得到的近场聚焦透镜天线进行公差分析与计算； 步骤4)计算近场聚焦透镜天线的近场增益， 以近 场聚焦3dB直径作为分辨率的值， 判断分辨率的 计算结果是否符合设计要求； 步骤5)仿真计算固 定装置对透镜天线的力学和电学性能的影响， 判 断影响程度是否在可接受的范围内。 权利要求书3页 说明书8页 附图5页 CN 115275620 A 2022.11.01 CN 115275620 A 1.一种近场聚焦透镜天线的设计方法， 所述近场聚焦透镜天线包括： 光滑内壁矩形喇 叭天线(1)、 近场聚焦透镜(2)和固定装置(3)； 所述固定装置(3)将矩形喇叭天线(1)和近场 聚焦透镜(2)固定； 所述方法包括： 步骤1)根据设置的近场 聚焦透镜天线的远场增益要求和工作频率计算光滑内壁矩形 喇叭天线的参数； 步骤2)根据设置的矩形喇叭天线口面到透镜前表面的距离计算近场 聚焦透镜的外部 参数； 步骤3)根据外 部参数计算近场聚焦透 镜的内部参数； 步骤4)根据步骤1) ‑步骤3)得到的近场聚焦透镜天线， 利用快速多级子法， 计算近场聚 焦透镜天线的近场增益， 并计算分辨 率结果是否符合要求； 步骤5)仿真计算固定装置对近场聚焦透镜天线的力学和电学性 能的影响， 判断固定装 置引起的形变对于透镜电学性能的影响程度是否在可接受的范围内， 完成近场聚焦透镜天 线的设计。 2.根据权利要求1所述的近场聚焦透镜天线的设计方法， 其特征在于， 所述步骤1)中的 光滑内壁矩形喇叭天线的参 数包括： 喇叭天线的长 边斜径Rh和短边斜径Re、 喇叭天线的矩形 口面的长边 W和短边尺寸H， 计算式分别为： Rh＝0.0746·G λ Re＝0.0531·G λ 其中， G为喇叭天线的远场增益， λ为波长 。 3.根据权利要求1所述的近场聚焦透镜天线的设计方法， 其特征在于， 所述步骤2)中， 所述近场聚焦透镜的外部参数包括： 近场聚焦透镜的焦距、 近场聚焦透镜的数值孔径和近 场聚焦透 镜的口径； 其中， 近场聚焦透 镜的焦距f的计算式为： 其中， L1为设置的矩形喇叭天线口面到 透镜前表面的距离， L2为透镜的像距。 4.根据权利要求3所述的近场聚焦透镜天线的设计方法， 其特征在于， 所述步骤2)中， 所述近场聚焦透 镜的数值 孔径NA的计算式为： NA＝sinθ 其中， θ 为天线发射波 束角的一半； 近场聚焦透 镜的口径D的计算式为： D＝l1·NA 其中， l1为喇叭天线的馈电端到开口端之间的距离 。 5.根据权利要求3所述的近场聚焦透镜天线的设计方法， 其特征在于， 所述步骤2)中， 所述近场聚焦透 镜的数值 孔径NA设置在0.5以下。 6.根据权利要求1所述的近场聚焦透镜天线的设计方法， 其特征在于， 所述步骤3)中， 所述近场聚焦透镜的内部参数包括： 透镜前表面的曲率半径、 透镜后表面的曲率半径和权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115275620 A 2conic常量； 具体地， 将近场聚焦透镜设置为两片透镜组成的透镜组， 则透镜组四个表面均 满足： 式中， zi为透镜组的光轴； ri为透镜组的子午面坐标； ki为conic常量， 该常量用于使用 一个统一的表达式表示二次型曲面； ci为透镜组中任意透镜前表面或后表面的曲率半径； 下角标i＝1,2,3,4， 表示透 镜组距离矩形喇叭天线由近 到远的四个曲面。 7.根据权利要求6所述的近场聚焦透镜天线的设计方法， 其特征在于， 所述步骤3)还包 括： 调整ci和ki， 以实现近场聚焦透镜天线出射波束的近场聚焦， 且聚焦分辨率小于0.6毫 米； 并对得到的近场聚焦透镜天线进行公差分析； 在尺寸公差为 ±0.02mm范围内， 不均匀 度公差为±0.05mm时， 点列图光斑半径需小于艾里斑半径的1/3， 如果达到要求， 并转至步 骤4)； 如果近场聚焦透镜天线点列图光斑 半径大于艾里斑 半径1/3， 则需要继续调整近场聚 焦透镜的内部参数。 8.根据权利要求1所述的近场聚焦透镜天线的设计方法， 其特征在于， 所述步骤4)中， 判断计算得到的近场分辨 率是否符合要求， 具体为： 当计算得到的分辨 率小于1m m时， 结束操作， 完成近场聚焦透 镜天线的制备； 如计算得到的分辨率低于1mm的设计要求， 则重复步骤2) ‑4)， 直至计算得到的分辨率 小于1mm为止。 9.根据权利要求1所述的近场聚焦透镜天线的设计方法， 其特征在于， 所述步骤5)具体 包括： 在固定装置与透镜之间建立基于罚函数计算的接触面， 通过在固定装置柱状外 壳上施 加均匀单位面积的边界载荷， 同时基于受力分析， 在透镜中心设置固定约束点， 以此计算透 镜在固定装置挤压下发生的力学 形变情况， 以评估力学 形变对透 镜电学性能的影响。 10.一种近场聚焦透镜天线， 其特征在于， 所述近场聚焦透镜天线， 包括： 矩形喇叭天线 (1)、 进场聚焦透镜(2)和固定装置(3)； 所述矩形喇叭天线(1)和进场聚焦透镜(2)安装固定 在固定装置(3)内； 所述矩形喇叭天线的长边 W、 短边H、 长边 斜径Rh和短边斜径Re分别满足下列各式： Rh＝0.0746·G λ Re＝0.0531·G λ 其中， G为天线的远场增益， λ为波长； 所述近场聚焦透 镜(2)的焦距f满足下式： 其中， L2为透镜的像距， L1为矩形喇叭天线口面到 透镜前表面的距离；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115275620 A 3