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传统概念上的雷达和微波通信天线大多数的工作区域都是在夫琅和费区(远场区),在该区域微波能量的传输效率通常都很小。为满足诸如军事应用领域、定点通信以及能量传送等特殊需要,就要求实现电磁波束能量在自由空间高功率、高效率定向传输。满足这一目的除了采用高功率的微波管,即提高天线装置的总辐射功率以外,还可以利用天线对电磁波传输的定向束缚作用,使电磁波能象光一样地聚焦到接收装置或指定位置,也就是使发射的电磁波具有特定的口面相位和幅度分布,从而达到电磁波聚焦的目的。 本文以辐射的基本原理和面天线的基本理论为基础,分析了口径天线实现电磁波聚焦的可行性。根据口径天线的绕射理论,详细推导了口径天线聚焦的理论公式,详尽分析了影响口径天线辐射特性的各个因素,给出了面天线的传输效率、矩形和圆形口径天线的聚焦特性。要实现面天线聚焦获得高效率定向能量传输的目的,工作区域选在菲涅尔区是基础,即z Dλ≤内2/2才能获得明显的聚焦效果。而且越靠近菲涅尔区内侧,同不聚焦情形相比,聚焦效果越显著。在聚焦的菲涅尔区,其辐射场性质等同于不聚焦时的远场区的性质,辐射场与离开口径的距离成反比,与工作频率成正比,当聚焦点离辐射口径近,或工作频率高,波长短时,聚焦口径面在焦点处能获得显著的定向能量;在相同辐射能量前提下,不同口径天线聚焦相同距离时,可以利用远场的方向性系数,有聚焦作用的面天线在菲涅尔区的方向性系数与口径的面积成正比,也就是说,辐射场与天线的口径尺寸成正比。 研究表明:获得高强度、长距离的能量聚焦只有通过增大发射天线口径或缩短工作波长来实现。