一种产生贝塞尔波束的变换透镜的利记博彩app
【专利摘要】一种产生贝塞尔波束的变换透镜，包括两个外层介质透镜和一个芯层介质透镜，外层介质透镜为低介电常数的介质片，按正方形网格排布有插入相移为0度—90度的移相单元，芯层介质透镜为高介电常数的介质片，按相同的正方形网格排布有插入相移为0度或180度的移相单元，所述的介质变换透镜可以将入射高斯波束变换为贝塞尔波束，且具有变换效率高、转换波束多样化、易于加工安装等优点。
【专利说明】-种产生贝塞尔波束的变换透镜
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种透镜，尤其是设及一种产生贝塞尔波束的变换透镜。
【背景技术】
[0002] 贝塞尔波束具有聚束传播特性，能W无衍射的方式传播相当远的距离，在光学领 域得到深入研究。随着微波毫米波技术的发展，需要在微波毫米波频段产生能聚束传输的 贝塞尔波束。
[0003] 在光学领域，可W通过环缝法、全息成像等变换产生贝塞尔波束，但该些方法在微 波毫米波频段很难实现，且转换效率低。在微波毫米波领域，一种比较简单的变换透镜是轴 棱锥透镜，它能将入射高斯波束变换为零阶贝塞尔波束，但轴棱锥透镜的介质层中间部位 厚，边缘部位薄，当电磁波穿过介质层时有损耗，轴棱锥透镜中间部位介质厚，损耗大，因此 轴棱锥透镜的对电磁波束的转换效率低，同时轴棱锥透镜只有中间厚边缘薄一种厚度分布 方式，只能变换产生零阶贝塞尔波束，无法产生其他阶贝塞尔波束。另一种变换透镜是二元 衍射透镜，通过控制透镜上不同位置介质的厚度来控制透镜口径面上的相位，在毫米波亚 毫米波频段能高效率地将高斯波束变换为贝塞尔波束，但二元衍射透镜通过介质透镜上不 同位置介质的厚度来控制透镜口径面上的相位，在透镜口径面相位变化剧烈的位置，会出 现介质突然增厚和突然变薄等厚度突变情况，在机械加工时，突然增厚的凸起容易折断，突 然变薄的深槽加工刀具难W达到，因此加工难度大，同时二元衍射透镜各个位置介质厚度 不等，透镜不是平面结构，使透镜不易平放，安装和保存难度大。因此需要一种转换效率高、 转换波束多样化、易于加工安装的介质变换透镜，在微波毫米波频段变换产生贝塞尔波束。
【发明内容】
[0004] 技术问题；本发明针对上述在微波毫米波频段现有变换产生贝塞尔波束的透镜的 技术不足，提供一种转换效率高、转换波束多样化、易于加工安装的产生贝塞尔波束的介质 变换透镜。
[0005] 技术方案：本发明的产生贝塞尔波束的变换透镜，包括两个外层介质透镜和一个 巧层介质透镜，所述的两个外层介质透镜和一个巧层介质透镜均为圆形平面结构，且按外 层介质透镜、巧层介质透镜、外层介质透镜的顺序依次共轴并排放置，外层介质透镜的低介 电常数小于巧层介质透镜的介电常数，外层介质透镜上设置有按正方形网格排列的移相单 元，每个移相单元由4个直径相等的圆柱通孔组成，且4个圆柱通孔在正方形网格的一个单 元内均匀布置，通过设置各移相单元的圆柱通孔直径，分别实现0度-90度的插入相移；巧 层介质透镜上按与外层介质透镜上相同的正方形网格排列有移相单元，并通过设置各移相 单元的圆柱通孔直径，分别实现0度移相单元和180度移相单元，所述0度移相单元由4个 直径相等的圆柱通孔组成，且4个圆柱通孔在正方形网格的一个单元内均匀布置，所述180 度移相单元由4个直径相等的圆柱通孔组成，且4个圆柱通孔在正方形网格的一个单元内 均匀布置。
[0006] 本发明的优选方案中，外层介质透镜上的移相单元的分布和巧层介质透镜上的0 度移相单元和180度移相单元的分布都关于变换透镜的垂直轴呈左右对称，关于变换透镜 的水平轴线呈上下对称。
[0007] 本发明的优选方案中，外层介质透镜上的移相单元的圆柱通孔直径及分布，巧层 介质透镜上移相单元的圆柱通孔直径及分布通过遗传算法优化得到，过程如下：
[000引 1)将外层介质透镜上第一象限内的移相单元的圆柱通孔直径，从最左下角移相单 元开始，按先列变化后行变化的顺序，依次设为D11，D12. . . .，D21，D22. . . .，D皿，其中n为 第一象限内移相单元的行数，m为第一象限内第n行移相单元的列数；
[0009] 将巧层介质透镜上第一象限内的移相单元的圆柱通孔直径，从最左下角移相单元 开始，按先列变化后行变化的顺序，依次设为DC11，DC12. . .，DC21，DC22. . .，DCnm，其中n和 m的取值与外层介质透镜相同。
[0010] 2)采用全波电磁仿真软件计算当高斯波束入射时，变换透镜后距离L处的与变化 透镜平行的输出圆面S上的电场幅度分布E(r)，其中r为输出圆面S上的点到输出圆面S 圆屯、的距离。
[0011] 3)取求输出圆面S上的电场幅度分布E(r)与贝塞尔波束场分布的均方差的最小 值作为目标函数：
[0012]
【权利要求】
1. 一种产生贝塞尔波束的变换透镜，包括两个外层介质透镜（1)和一个芯层介质透镜 (2)，其特征在于，所述外层介质透镜（1)和芯层介质透镜（2)均为圆形平面结构，且按外层 介质透镜（1)、芯层介质透镜（2)、外层介质透镜（1)的顺序依次共轴并排放置，外层介质 透镜（1)的介电常数小于芯层介质透镜（2)的介质常数，外层介质透镜（1)上设置有按正 方形网格排列的移相单元（11)，每个移相单元（11)由4个直径相等的圆柱通孔（111，112， 113,114)组成，且4个圆柱通孔（111，112,113,114)在正方形网格的一个单元内均匀布 置，通过设置各移相单元（11)的圆柱通孔直径，分别实现O度一90度的插入相移；所述芯 层介质透镜（2)上按与外层介质透镜（1)上相同的正方形网格排列有移相单元，并通过设 置各移相单元的圆柱通孔直径，分别实现〇度移相单元（21)和180度移相单元（22)，所述 〇度移相单元（21)由4个直径相等的圆柱通孔（211，212, 213, 214)组成，且4个圆柱通孔 (211，212,213,214)在正方形网格的一个单元内均匀布置，所述180度移相单元（22)由4 个直径相等的圆柱通孔（221，222, 223, 224)组成，且4个圆柱通孔（221，222,223, 224)在 正方形网格的一个单元内均匀布置。
2. 根据权利要求1所述的产生贝塞尔波束的变换透镜，其特征在于，所述的外层介质 透镜（1)上的移相单元（11)的分布，所述芯层介质透镜（2)上的0度移相单元（21)和180 度移相单元（22)的分布都关于变换透镜的垂直轴呈左右对称，关于变换透镜的水平轴线 呈上下对称。
3. 根据权利要求1或2所述的产生贝塞尔波束的变换透镜，其特征在于，所述的外层介 质透镜（1)上的移相单元（11)的圆柱通孔直径及分布，所述芯层介质透镜（2)上移相单元 的圆柱通孔直径及分布通过遗传算法优化得到，过程如下： 1) 将外层介质透镜（1)上第一象限内的移相单元的圆柱通孔直径，从最左下角移相单 元开始，按先列变化后行变化的顺序，依次设为Dll，D12. . . .，D21，D22. . . .，Dnm，其中η为 第一象限内移相单元的行数，m为第一象限内第η行移相单元的列数； 将芯层介质透镜（2)上第一象限内的移相单元的圆柱通孔直径，从最左下角移相单元 开始，按先列变化后行变化的顺序，依次设为DC11，DC12. . .，DC21，DC22. . .，DCnm，其中η和 m的取值与外层介质透镜（1)相同； 2) 采用全波电磁仿真软件计算当高斯波束入射时，变换透镜后距离L处与变换透镜平 行的输出圆面S上的电场幅度分布E(r)，其中r为输出圆面S上的点到输出圆面S圆心的 距离； 3) 取输出圆面S上的电场幅度分布E(r)与贝塞尔波束场分布的均方差的最小值为目 标函数：
其中ObjF为目标函数，N为输出圆面S上的取样点数目，Σ为求和符号，&为输出圆面S上的取样点直角坐标，E(ri)为输出圆面S上ri处的电场幅度分布，E^为贝塞尔波束场分 布的幅度，上为1阶贝塞尔函数，1为贝塞尔函数的阶数，h为径向传播常数； 4) 以Dll，D12. · ·，D21，D22. ··，Dnm以及DC11，DC12. · ·，DC21，DC22. ··，DCnm为优化 变量，外层介质透镜（1)上第一象限内的移相单元的圆柱通孔直径的取值范围和芯层介质 透镜（2)上第一象限内的移相单元的圆柱通孔直径的取值范围为约束条件，ObjF为目标函 数，采用遗传算法工具箱进行优化，得到外层介质透镜（1)上的移相单元（11)的圆柱通孔 直径及分布和芯层介质透镜（2)上的移相单元的圆柱通孔直径及分布的最优解； 所述外层介质透镜（1)上第一象限内的移相单元的圆柱通孔直径的取值范围为： Dll，D12. · ·，D21，D22. ··，Dnme[DMIN，DMAX] 其中DMIN为外层介质透镜（1)上插入相移为0度的移相单元中4个圆柱通孔的直径，DMAX为外层介质透镜（1)上插入相移为90度的移相单元中4个圆柱通孔的直径； 所述芯层介质透镜（2)上的移相单元的圆柱通孔直径的取值范围为： DClI，DC12. ··，DC21，DC22.··，DCnme{DC1，DC2} 其中DCl为芯层介质透镜（2)上插入相移为0度的移相单元中4个圆柱通孔的直径，DC2为芯层介质透镜（2)上插入相移为180度的移相单元中4个圆柱通孔的直径。
【文档编号】H01Q15/08GK104466424SQ201410836112
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】孟洪福, 李腾, 窦文斌 申请人:东南大学