一種微波全息天線的設計

張 琦 周 亮

（1.中國電子科技集團公司第二十研究所 陜西 西安 710068；2.長沙機電產品研究開發中心 湖南 長沙 410100）

目前，微波全息技術已在許多領域得到廣泛應用，其應用包括雷達回波的相干檢測，如側視雷達[1]和HISS雷達[2][3]，無損探測不透光介質內部結構等。微波全息技術的另一種應用是制作全息天線，本文主要探討全息天線原理，并通過仿真工具對其原理進行驗證，仿真結果表明，通過優化的結構設計，可以利用微波全息理論設計全息天線[4]。

1 天線設計

本文所討論的全息天線其輻射口徑是由金屬圖案決定的，在其它文獻中也將其稱為“空間饋源和柵格天線”。使用喇叭天線作為饋源，并在介質板上利用光刻的方法形成金屬圖案。由于其金屬圖案是由反射波束和入射波束相干涉而成，而“干涉”經常用于光學全息圖案的形成，因此，稱這種天線為全息天線[5]。其輻射方向圖由在喇叭輻射下的金屬條紋位置決定。

全息天線利用光學全息理論，根據已知的入射波和需要的反射波，借助計算機輔助計算，在介質板上設計制作全息圖案，入射波照射在全息圖案上會發生衍射，從而達到獲得所需反射波的目的。

圖1 全息天線原理示意圖

圖2 理論計算得到的全息圖案

圖3 全息天線仿真結構圖

設入射球面波為S，反射平面波為R，全息介質板為H，則三者有如下關系：S+H=R。因此，全息介質板H上的全息圖案可由表達式R-S求得，如圖1所示，通過計算得到全息圖案如圖2所示。

全息天線基本結構為一塊可反射電磁波的介質板，并以電磁場理論為理論基礎，經過合理的結構設計，利用刻蝕金屬的方法形成由金屬條紋組成的全息圖案，該介質板可對輻照在其表面的球面電磁波進行適度的幅度和相位調制，從而將入射球面波轉化為反射的平面波。全息天線仿真用結構如圖3所示。

2 結果分析

圖4 全息天線的遠場輻射方向圖

圖5 H面方向圖

圖6 E面方向圖

按照上述所建模型進行仿真計算，圖4為全息天線的三維遠場輻射方向圖。可以看出，在垂直于介質板的x軸方向，出現輻射的主波束，其主波束指向為計算全息圖案時所用平面波傳播方向。圖5和圖6分別為H面和E面方向圖。由圖7可知，隨金屬干涉條紋數量增加，天線增益變大，而其主波束指向并未發生較大改變。

圖7 金屬條紋數量對天線增益的影響

3 結束語

全息天線利用光學全息原理，通過在介質板上刻蝕金屬形成全息圖案，以對入射的球面電磁波進行適度的幅度和相位調制，從而獲得所需的反射平面波。本文利用仿真工具對其理論的實現性進行了驗證。結果表明，通過合理的結構設計，利用微波全息原理可進行全息天線的設計?？赏ㄟ^理論的繼續探索及分析結構對天線性能的影響，來提高天線的性能，需進行進一步研究。

［1］E.N.Leith, “Quasi-holographic techniques in the microwave region”Proc.IEEE,vol.59,pp.1305-1318,sept.1971.

［2］K.Iizuka,V.K.Nguyen,and H.Ogura,“Review of electrical properties of ice and HISS down-looking radar foe measuring ice thickness”Can.Aeronaut.Space J.,vol.17,pp.429-430,Dec.1971.

［3］H.Ogura and K.Iizuka, “Holographic matrix and its application to a novel radar”Proc.IEEE,vol.61,pp.1040-1041,July 1973.

［4］P.F.Checcacci,G.P.Papi,and V.Rosso,“Holographic VHF antennas” IEEE Trans.Antennas Propagat.,pp.278-279,Mar.1971.

［5］Moniem EISherbiny,Aly E.Fathy,and Arye Rosen, “Holographic Antenna Concept,Analysis,and Parameters”IEEE Trans.Antennas Propagat.,vol.52,pp.830-839,Mar.2004.