基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法
【專利摘要】該發(fā)明公開(kāi)了一種基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法，該方法基于時(shí)間反演電磁理論，借助時(shí)間反演電磁波的空時(shí)聚焦原理，將電磁波聚焦成特定幾何形狀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的空間電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布圖形?？臻g電磁場(chǎng)賦形不同于空間點(diǎn)聚焦以及天線波束賦形，它不局限于將能量以聚焦于一個(gè)點(diǎn)或者某一個(gè)傳播方向，而是在空間區(qū)域內(nèi)使電磁波的能量能夠在一個(gè)特定形狀的位置聚焦，形成一個(gè)特定的賦形電磁場(chǎng)，相當(dāng)于是不同電磁波從不同方向傳播，最終在空間預(yù)期位置形狀內(nèi)達(dá)到能量的聚焦，形成一個(gè)賦形電磁場(chǎng)。本發(fā)明利用時(shí)間反演電磁波傳輸方法，可以簡(jiǎn)單、方便地得到一個(gè)預(yù)期賦形電磁場(chǎng)。
【專利說(shuō)明】基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電磁波的空間傳播與控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于時(shí)間反演電磁波傳 輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 賦形是指賦予某一物質(zhì)或物體W特定的幾何形體。在電磁學(xué)領(lǐng)域，賦形有大量的 研究，特別是波束賦形。波束賦形是指通過(guò)合理地設(shè)計(jì)天線陣列的各陣元的激勵(lì)幅度和相 位，使天線陣列的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)福射方向圖變?yōu)槟骋惶囟ǖ膸缀涡螤?，用W覆蓋特定的通信區(qū)域， 例如錐形、扇形、平頂波束、馬鞍波束等等。波束賦形在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、保密通信中應(yīng) 用極為廣泛，例如文獻(xiàn)"葉圓，波束賦形技術(shù)在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用，通信技術(shù)，第 42卷，第10期，2009"，"李曉明等，利用智能天線廣播波束賦形實(shí)現(xiàn)小區(qū)覆蓋優(yōu)化，電信科 學(xué)，第6期，2009"等，分別研究了波束賦形在個(gè)人無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。為解決基站多通 信目標(biāo)問(wèn)題，論文"白小平，基站天線波束賦形及其應(yīng)用研究，西安電子科技大學(xué)，2013. 03" 通過(guò)研究，采用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)出了窄波束、寬波束、馬鞍形波束、垂直面下傾波束等多種特 定波束。雖然人們對(duì)波束賦形研究比較深入，但該些研究?jī)H僅局限于對(duì)天線陣列的遠(yuǎn)場(chǎng)福 射方向圖進(jìn)行賦形，且其賦形空間也只能局限于在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的空間立體角范圍。
[0003] 隨著電磁波的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，特別是在生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng) 用，急需研究電磁波信號(hào)的空間場(chǎng)賦形。例如，腫瘤化療、生物效應(yīng)研究、微波育種、微波加 熱、微波切割等等，該些應(yīng)用均需求能夠?qū)㈦姶艌?chǎng)能量匯聚在某一固定的區(qū)域，用W對(duì)特定 的作用對(duì)象進(jìn)行微波作用。與天線陣的波束賦形不同，空間電磁場(chǎng)賦形是指在特定的時(shí)域 和空間范圍內(nèi)，使電磁波信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)度分布滿足或達(dá)到預(yù)期指定的空間幾何形狀。其通常 要求在作用對(duì)象范圍內(nèi)形成特定形狀的空間場(chǎng)強(qiáng)分布，而不是福射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，也不是像天線 陣列那樣在某一立體角范圍內(nèi)進(jìn)行賦形。相比天線陣列的波束賦形，空間電磁場(chǎng)賦形應(yīng)用 范圍更為廣泛，但技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度也極大。
[0004] 時(shí)間反演（Time Reversal, TR)是近年來(lái)電磁學(xué)領(lǐng)域發(fā)展出的一種新型的自適應(yīng) 空間電磁波傳輸技術(shù)。在復(fù)雜的電磁波傳播環(huán)境下，時(shí)間反演電磁波可表現(xiàn)出空時(shí)同步聚 焦、超分辨率聚焦等獨(dú)特的物理特性，該些特性可廣泛地將其應(yīng)用于無(wú)線通信、微波成像、 電磁波功率合成等領(lǐng)域，用W解決復(fù)雜電磁環(huán)境下的多徑電磁干擾、電磁能量匯聚、提高成 像分辨率等技術(shù)難題。2011年，H. Dobsicek等人利用時(shí)間反演傳輸技術(shù)，研制出了一種微 波功率合成系統(tǒng)，通過(guò)利用功率合成方法，實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)能量的單點(diǎn)聚焦，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞進(jìn) 行微波治療，具體方法與技術(shù)詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)"H. Dobsicek等，時(shí)間反演微波過(guò)熱系統(tǒng)的實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)證，第30次國(guó)際無(wú)線電科技聯(lián)盟聯(lián)合國(guó)大會(huì)和科學(xué)討論會(huì)，頁(yè)碼13-20，2011年"。2013 年，M.D.化ssain等基于時(shí)間反演技術(shù)，提出了一種新型微波成像方法，并實(shí)驗(yàn)證明，相比 傳統(tǒng)的時(shí)間反演微波成像技術(shù)，波束域時(shí)間反演微波成像技術(shù)對(duì)癌細(xì)胞目標(biāo)位置的識(shí)別效 率更高、精度更好，具體內(nèi)容可參見(jiàn)文獻(xiàn)"M. D.化ssain等，用于乳腺癌細(xì)胞檢測(cè)的波束域 時(shí)間反演微波成像，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)天線與無(wú)線傳播，第12卷，頁(yè)碼241-244, 2013 年"。
[0005] 眾多研究表明，時(shí)間反演對(duì)電磁波的聚焦傳輸具有較強(qiáng)的自適應(yīng)傳輸控制效果， 但通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)和資料的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)研究基于電磁波能量單點(diǎn)聚焦傳輸控制。目前， 還未見(jiàn)到采用時(shí)間反演電磁波傳輸方法，實(shí)現(xiàn)電磁波信號(hào)的空間場(chǎng)賦形。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法，該方法 基于時(shí)間反演電磁理論，借助時(shí)間反演電磁波的空時(shí)聚焦原理，將電磁波聚焦成特定幾何 形狀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的空間電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布圖形?？臻g電磁場(chǎng)賦形不同于空間點(diǎn)聚焦W及 天線波束賦形，它不局限于將能量W聚焦于一個(gè)點(diǎn)或者某一個(gè)傳播方向，而是在空間區(qū)域 內(nèi)使電磁波的能量能夠在一個(gè)特定形狀的位置聚焦，形成一個(gè)特定的賦形電磁場(chǎng)，相當(dāng)于 是不同電磁波從不同方向傳播，最終在空間預(yù)期位置形狀內(nèi)達(dá)到能量的聚焦，形成一個(gè)賦 形電磁場(chǎng)。本發(fā)明利用時(shí)間反演電磁波傳輸方法，可W簡(jiǎn)單、方便地得到一個(gè)預(yù)期賦形電 磁場(chǎng)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0008] -種基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法，包括W下步驟：
[0009] 步驟一：在預(yù)期的賦形場(chǎng)所在區(qū)域，利用全向性天線，構(gòu)建一個(gè)"賦形場(chǎng)天線陣"作 為發(fā)射陣列，此陣列的幾何部署與預(yù)期賦形場(chǎng)的形狀保持相同。
[0010] 步驟二：在賦形場(chǎng)區(qū)域外圍，利用相同的全向性天線，賦形場(chǎng)天線陣"作為中 也，距其邊緣陣元天線一定的空間距離，構(gòu)建一個(gè)包圍或半包圍"賦形場(chǎng)天線陣"的"時(shí)間反 演天線陣"作為接收陣列，用于記錄"賦形場(chǎng)天線陣"發(fā)射過(guò)來(lái)的電磁信號(hào)。
[0011] 步驟H ;采用相同的激勵(lì)信號(hào)對(duì)"賦形場(chǎng)天線陣"所有陣元進(jìn)行同步激勵(lì)，產(chǎn)生電 磁福射信號(hào)。
[001引步驟四：利用"時(shí)間反演天線陣"對(duì)"賦形場(chǎng)天線陣"福射出的電磁波信號(hào)進(jìn)行接 收和采集，并記錄下各陣元接收到的信號(hào)。
[0013] 步驟五：利用計(jì)算機(jī)將步驟四接收到的每個(gè)信號(hào)均做時(shí)間反演處理，即在時(shí)間軸 上做鏡像或翻轉(zhuǎn)操作，得到各陣元對(duì)應(yīng)的時(shí)間反演信號(hào)。
[0014] 步驟六；移除"賦形場(chǎng)天線陣"，設(shè)置場(chǎng)觀察器，用來(lái)觀察在步驟八中時(shí)間反演信號(hào) 產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)分布。
[0015] 步驟走：將步驟五所得到的時(shí)間反演信號(hào)，同步饋入到對(duì)應(yīng)的"時(shí)間反演天線陣" 的每個(gè)陣元，作為"時(shí)間反演天線陣"的激勵(lì)信號(hào)。
[0016] 步驟八；將步驟走激勵(lì)信號(hào)福射出去，即可在"賦形場(chǎng)天線陣"所在空間位置上產(chǎn) 生與預(yù)期形狀一致的賦形電磁場(chǎng)。此賦形場(chǎng)的空間幾何圖案由步驟五中的場(chǎng)觀察器進(jìn)行探 測(cè)。
[0017] 所述"時(shí)間反演天線陣"及"賦形場(chǎng)天線陣"采用的全向性天線為偶極子天線或平 面單極子天線。
[001引所述"時(shí)間反演天線陣"可W是圓形陣或半圓陣，也可W是方形陣或U型陣。
[0019] 所述步驟H中采用的激勵(lì)信號(hào)為脈沖信號(hào)或單頻信號(hào)。
[0020] 所述"賦形場(chǎng)天線陣"每個(gè)陣元天線之間的間距小于半個(gè)波長(zhǎng)。
[0021] 本發(fā)明的理論基礎(chǔ)是時(shí)間反演技術(shù)的時(shí)空聚焦原理。研究表明，時(shí)間反演信號(hào)蘊(yùn) 含了豐富的時(shí)間和空間信息。對(duì)天線接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)間反演處理，在一定情況下可W實(shí)現(xiàn) 信號(hào)源的再現(xiàn)。本發(fā)明正是基于該一原理，根據(jù)預(yù)期賦形場(chǎng)的空間幾何形狀，構(gòu)建一個(gè)與預(yù) 期賦形場(chǎng)形狀一致的"賦形場(chǎng)天線陣"，作為激勵(lì)信號(hào)源。然后，由"時(shí)間反演天線陣"進(jìn)行 源信號(hào)的接收、時(shí)間反演處理與傳輸。通過(guò)時(shí)間反演傳輸，在"賦形場(chǎng)天線陣"所在區(qū)域內(nèi) 實(shí)現(xiàn)信號(hào)源的再現(xiàn)，也即空間電磁場(chǎng)的賦形。需要注意的是，在自由空間中，時(shí)間反演無(wú)線 傳輸?shù)木劢拱霃郊s為半個(gè)波長(zhǎng)，為保證產(chǎn)生的賦形場(chǎng)空間圖案較為平滑，設(shè)計(jì)時(shí)要確保"賦 形場(chǎng)天線陣"相鄰陣元間距小于半個(gè)波長(zhǎng)。而對(duì)于布置在"賦形場(chǎng)天線陣"四周的"時(shí)間反 演天線陣"，陣元數(shù)越多，記錄的信號(hào)越完整，電磁場(chǎng)賦形效果也越好。因此，"時(shí)間反演天線 陣"的陣元布置的越密越好。
[0022] 本發(fā)明具有W下特點(diǎn)：
[0023] (1)賦形電磁場(chǎng)產(chǎn)生方法利用了時(shí)間反演技術(shù)的時(shí)空聚焦特性，不同于傳統(tǒng)的利 用時(shí)間反演控制波的點(diǎn)處聚焦或傳播方向，而是實(shí)現(xiàn)了空間特定形狀分布的能量聚焦，實(shí) 現(xiàn)了空間電磁場(chǎng)賦形；
[0024] (2)本發(fā)明不需要復(fù)雜繁瑣的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、方便；
[0025] (3)本發(fā)明可W與微波熱療等生物技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生更好的治療效果。微波熱療是 用波的聚焦能量來(lái)治療生物細(xì)胞，但是它一次僅可W治療波聚焦半徑內(nèi)的細(xì)胞，若與本發(fā) 明相結(jié)合，對(duì)要熱療的細(xì)胞區(qū)域進(jìn)行對(duì)應(yīng)的賦形操作，則可W同時(shí)對(duì)生物細(xì)胞進(jìn)行區(qū)域賦 形熱療。該樣不僅可W更精確地實(shí)現(xiàn)局部治療，還可W縮減治療時(shí)間。
[0026] (4)本發(fā)明擬將在生物醫(yī)療、通信等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景，如癌細(xì)胞摧毀、保 密通信、定形切割等。在工業(yè)、生物醫(yī)療等應(yīng)用上，可W采用電磁波能量的集中對(duì)某個(gè)物品 進(jìn)行切割，一般傳統(tǒng)的能量聚焦分布都是點(diǎn)聚焦，按照需要切割的形狀軌跡控制著聚焦點(diǎn) 的移動(dòng)，該種切割容易因?yàn)槿藶榈闹饔^原因而導(dǎo)致切割軌跡出現(xiàn)一些偏差。然而若將電磁 場(chǎng)賦形用于切割技術(shù)，那么我們就可W實(shí)現(xiàn)定形切割，根據(jù)所要切割的軌跡形狀對(duì)其進(jìn)行 相應(yīng)的賦形，該樣就可W更精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)定形切割，使其操作更加簡(jiǎn)便。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例所選擇的"賦形場(chǎng)天線陣"和"時(shí)間反演天線陣"的兩個(gè)陣列 的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中，偶極子天線的電磁仿真模型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中，偶極子天線的Sll參數(shù)。
[0030] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中，賦形電磁場(chǎng)產(chǎn)生方法的電磁仿真模型圖。
[0031] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中，"賦形場(chǎng)天線陣"中每個(gè)陣元天線的激勵(lì)脈沖信號(hào)x(t)波 形圖。
[0032] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中，"時(shí)間反演陣"中某個(gè)陣元天線接收到的信號(hào)波形圖。
[0033] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中，圖6所示信號(hào)波形的時(shí)間反演信號(hào)圖。
[0034] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例中，69. 08ns時(shí)刻的空間L形賦形電磁場(chǎng)仿真結(jié)果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0036] 本實(shí)施例中采用圓形的"時(shí)間反演天線陣"實(shí)現(xiàn)一個(gè)L形的賦形電磁場(chǎng)。首先，對(duì) L狀的幾何圖形進(jìn)行空間離散化，形成空間點(diǎn)陣；然后，利用組陣的方式，將單元天線逐一 放置在空間離散點(diǎn)上，構(gòu)建出一個(gè)L形天線陣，如圖1中所示。圖中，L形天線陣為"賦形 場(chǎng)天線陣"，其外圍的圓形天線陣為"時(shí)間反演天線陣"。
[0037] 本發(fā)明方法在實(shí)施例中所采用的單元天線是如圖2所示的偶極子天線模型，此偶 極子模型由上下總長(zhǎng)1 = 41. 3mm的兩個(gè)金屬圓錐柱結(jié)構(gòu)構(gòu)成，上下圓錐柱中間間隔為 Irnm,其間隔部分為饋電端口。每個(gè)圓錐結(jié)構(gòu)的大圓半徑為4mm，小圓半徑為1mm。此偶極子 天線的諧振頻率為2. 45GHz，其回波損耗特性如圖3所示。
[0038] 在對(duì)預(yù)期L形賦形場(chǎng)進(jìn)行空間離散化時(shí)，因?yàn)樗捎玫呐紭O子天線產(chǎn)生的時(shí)間反 演聚焦半徑為半個(gè)波長(zhǎng)，所W要使賦形場(chǎng)是個(gè)完整的賦形場(chǎng)，兩個(gè)離散點(diǎn)間的距離要小于 半個(gè)波長(zhǎng)，同時(shí)，在保證能夠很好實(shí)現(xiàn)預(yù)期L形賦形電磁場(chǎng)的前提下，要考慮離散點(diǎn)不能太 多，否則，會(huì)增加實(shí)施例子的復(fù)雜度。因此，應(yīng)盡量增大離散點(diǎn)間的距離，減少陣列單元天線 個(gè)數(shù)。在本發(fā)明實(shí)施例中，"賦形場(chǎng)天線陣"的每個(gè)陣元間距選取D = 59mm，略小于半個(gè)波 長(zhǎng)。而對(duì)于圓形的"時(shí)間反演天線陣"，在自由空間的環(huán)境下，為了達(dá)到更好的賦形效果，需 要分布更多的天線，W便完整記錄下L形"賦形場(chǎng)天線陣"福射出的電磁波信號(hào)，其陣元間 的疏密度越密越好。然而，天線數(shù)量過(guò)多，不僅會(huì)增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，同時(shí)也會(huì)增加數(shù) 值仿真難度。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選取一個(gè)較合適的天線角間距，該樣既能實(shí)現(xiàn)所需要的L 形電磁場(chǎng)賦形，也能在一定程度上簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。在本發(fā)明實(shí)施例中，"時(shí)間反演 天線陣"距離坐標(biāo)中也點(diǎn)的距離R選取為15個(gè)半波長(zhǎng)，單元天線之間的角間距0為5度。
[0039] 本發(fā)明實(shí)施案例L形"賦形場(chǎng)天線陣"由10根單元天線組成，其長(zhǎng)度比例為6:3， 根據(jù)上述分析，每相鄰單元天線間距為D = 59mm。圓形的"時(shí)間反演天線陣"兩相鄰的陣元 角間距為5度，共由72個(gè)單元天線組成?；?賦形場(chǎng)天線陣"和"時(shí)間反演天線陣"所構(gòu) 建出賦形場(chǎng)產(chǎn)生系統(tǒng)的電磁模型如圖4所示。
[0040] 本發(fā)明實(shí)施例的激勵(lì)信號(hào)采用脈沖信號(hào)，具體為1. 5-3. 5GHz的調(diào)制高斯脈沖 X(t)，附圖5是調(diào)制高斯脈沖激勵(lì)信號(hào)X(t)的具體形式。
[0041] 按照上述要求，利用電磁場(chǎng)仿真軟件CST Microwave S化dio 2009進(jìn)行電磁建模 與仿真。根據(jù)所設(shè)計(jì)參數(shù)，首先建立一個(gè)L形的"賦形場(chǎng)天線陣"，然后在"賦形場(chǎng)天線陣" 外圍構(gòu)建一個(gè)圓形的"時(shí)間反演天線陣"。
[0042] 隨后，將帶寬為1. 5-3. 5GHz的高斯調(diào)制脈沖作為激勵(lì)信號(hào)，同步饋入到L形的"賦 形場(chǎng)天線陣"的每個(gè)陣元，讓其福射電磁波信號(hào)。
[0043] 然后，利用"時(shí)間反演天線陣"接收和采集"賦形場(chǎng)天線陣"福射出來(lái)的電磁波信 號(hào)。"時(shí)間反演天線陣"中每個(gè)陣元接收到的電磁波信號(hào)可用如下數(shù)學(xué)公式進(jìn)行表示 10
[0044] .S, (0 = V -vW H=谷(r".，I) (1) i=l
[004引式（1)中j表示圓形"時(shí)間反演天線陣"中的第j個(gè)天線，i表示L形"賦形場(chǎng)天 線陣"中的第i個(gè)天線，gw函數(shù)表示j天線和i天線之間的傳輸函數(shù)，rj.i表示j天線和i 天線之間的距離，符號(hào)*表示卷積運(yùn)算，t表示時(shí)間。
[0046] 接著，對(duì)所接收和采集到的每個(gè)電磁波信號(hào)S (t)均作時(shí)間反演處理，具體過(guò)程如 圖6、7所示。在時(shí)間軸上，將圖6中的信號(hào)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)或鏡像處理，得到相應(yīng)的時(shí)間反演信號(hào) S (-t)，如圖7所示。從物理角度出發(fā)，直接對(duì)接收信號(hào)S (t)在時(shí)域上實(shí)現(xiàn)反演，是違反因 果關(guān)系的。因此，一般是對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行一定的時(shí)間存儲(chǔ)，然后再通過(guò)先進(jìn)后出的順序，實(shí) 現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的時(shí)間反演。設(shè)接收信號(hào)的存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)為T(mén)，則實(shí)際的時(shí)間反演信號(hào)可表示為 [0047] Stkj (t) = Sj (T-t) 似
[004引最后，移除模型中的L形"賦形場(chǎng)天線陣"，僅留下"時(shí)間反演天線陣"，并將所獲得 時(shí)間反演信號(hào)同步饋入"時(shí)間反演天線陣，通過(guò)布置在原有"賦形場(chǎng)天線陣"所在區(qū)域內(nèi)的 場(chǎng)監(jiān)視器，來(lái)監(jiān)測(cè)該區(qū)域內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及其幾何形狀。本案例場(chǎng)監(jiān)視器的時(shí)間段設(shè) 置為68納砂到69. 5納砂，時(shí)間間隔為0. Ol納砂。通過(guò)觀察所記錄的該段時(shí)間內(nèi)電磁場(chǎng)空 間分布情況，從圖8中可W看出，在69. 08ns該個(gè)時(shí)刻電磁場(chǎng)的賦形效果很明晰，獲得了與 預(yù)期形狀基本一致的L形賦形空間電磁場(chǎng)。此結(jié)果證實(shí)了利用時(shí)間反演技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間電 磁場(chǎng)賦形的可行性，同時(shí)也充分驗(yàn)證了本發(fā)明方法的可靠性和有效性。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法，包括以下步驟： 步驟一：在預(yù)期的賦形場(chǎng)所在區(qū)域，利用全向性天線，構(gòu)建一個(gè)"賦形場(chǎng)天線陣"作為發(fā) 射陣列，此陣列的幾何部署與預(yù)期賦形場(chǎng)的形狀保持相同； 步驟二：在賦形場(chǎng)區(qū)域外圍，利用相同的全向性天線，以"賦形場(chǎng)天線陣"作為中心，距 其邊緣陣元天線一定的空間距離，構(gòu)建一個(gè)包圍或半包圍"賦形場(chǎng)天線陣"的"時(shí)間反演天 線陣"作為接收陣列，用于記錄"賦形場(chǎng)天線陣"發(fā)射過(guò)來(lái)的電磁信號(hào)； 步驟三：采用相同的激勵(lì)信號(hào)對(duì)"賦形場(chǎng)天線陣"所有陣元進(jìn)行同步激勵(lì)，產(chǎn)生電磁輻 射信號(hào)； 步驟四：利用"時(shí)間反演天線陣"對(duì)"賦形場(chǎng)天線陣"輻射出的電磁波信號(hào)進(jìn)行接收和 采集，并記錄下各陣元接收到的信號(hào)； 步驟五：利用計(jì)算機(jī)將步驟四接收到的每個(gè)信號(hào)均做時(shí)間反演處理，即在時(shí)間軸上做 翻轉(zhuǎn)或鏡像操作，得到各陣元對(duì)應(yīng)的時(shí)間反演信號(hào)； 步驟六：移除"賦形場(chǎng)天線陣"，設(shè)置場(chǎng)觀察器，用來(lái)觀察在步驟八中時(shí)間反演信號(hào)產(chǎn)生 的空間電磁場(chǎng)分布； 步驟七：將步驟五所得到的時(shí)間反演信號(hào)，同步饋入到對(duì)應(yīng)的"時(shí)間反演天線陣"的每 個(gè)陣元，作為"時(shí)間反演天線陣"的激勵(lì)信號(hào)； 步驟八：將步驟七激勵(lì)信號(hào)輻射出去，即可在"賦形場(chǎng)天線陣"所在空間位置上產(chǎn)生與 預(yù)期形狀一致的賦形電磁場(chǎng)，此賦形場(chǎng)的空間幾何圖案由步驟五中的場(chǎng)觀察器進(jìn)行探測(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法，所 述"時(shí)間反演天線陣"及"賦形場(chǎng)天線陣"采用的全向性天線為偶極子天線或平面單極子天 線。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法，所 述"時(shí)間反演天線陣"可以是圓形陣或半圓陣，也可以是方形陣或U型陣。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法，所 述步驟三中采用的激勵(lì)信號(hào)為脈沖信號(hào)或單頻信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間反演電磁波傳輸?shù)目臻g電磁場(chǎng)賦形產(chǎn)生方法，所 述"賦形場(chǎng)天線陣"每個(gè)陣元天線之間的間距小于半個(gè)波長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】G06F9/455GK104331317SQ201410440116
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】趙德雙, 朱敏, 楊昌興, 王秉中 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)