[发明专利]一种基于时间反演的无衍射贝塞尔波束产生方法

说明书

本发明公开了一种基于时间反演的无衍射贝塞尔波的产生方法，涉及电磁波束成型领域；其包括步骤1：根据贝塞尔波的电场与磁场分布选取一个截面作为初始波发射面，获取初始波发射面场分布，并根据场分布计算初始波的最大无衍射距离；步骤2：发射初始波，使其在自由空间传播，并在最大无衍射距离处截取电场获取初始波发射面各个位置的电场值；步骤3：初始波发射面的电场值离散化后进行时间反演操作获取反演贝塞尔波，发射反演贝塞尔波后使其在相同自由空间传播，产生无衍射贝塞尔波束；本发明解决现有在微波频段产生贝塞尔波束无衍射距离短的问题，达到了大大提升贝塞尔波场无衍射距离的效果。

技术领域

本发明涉及电磁波波束成型领域，具体涉及一种基于时间反演的无衍射贝塞尔波波束产生方法。

背景技术

波动衍射是自然界一种普遍的物理现象，电磁波在空间中传播会发生衍射现象，电磁波的能量将在空间中扩散，波动衍射对所有传统波动场都具有影响。在微波的许多领域应用如远距离无线输能、高分辨率成像都需要抑制波动衍射产生，因此需要一种无衍射的电磁波束即沿着传播方向场的强度不发生改变，提高无线输能的效率和远场探测的分辨率。

贝塞尔波束具有聚束传播特性，其能够以无衍射方式传播长距离，还具有主瓣尺寸小、焦深长、方向性好、传输距离远和具有自重建性等良好特点，因此贝塞尔波在光学领域已有广泛且深入的研究，可以通过环缝法、全息成像法、球面像差透镜等变换方法产生贝塞尔波束，由于在微波频段中电磁波的波长远大于光波的波长，所以以上方法在微波频段产生难度大、转换效率低；对于微波频段问题，有研究者提出使用超表面对电磁波的相位与幅度进行调控来获得贝塞尔波束，由于存在对于贝塞尔波相位调控不精确，并且超表面一部分电磁波会被反射，导致了这种方法的效率较低，并且无衍射距离较短。在微波领域产生的贝塞尔波束，其最大无衍射距离受发射面的口径大小影响很大。

时间反演电磁学是一门新的电磁学学科分支，时间反演指运动的反演，对于电磁波来说，将所接收到的时域电磁信号波形进行反转，然后再进行发射的过程称为时间反演操作；重新发射的电磁波在传播过程中将具有回溯现象，即观察这个反演电磁波其空间中任意位置场分布与入射波相同。综上所述，需要一种贝塞尔波束的产生方法可以结合时间反演操作实现长距离无衍射，克服现有技术的问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于时间反演的无衍射贝塞尔波产生方法，解决现有在微波频段产生贝塞尔波束无衍射距离短的问题。

为了实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种基于时间反演的无衍射贝塞尔波束产生方法，包括以下步骤：

步骤1：根据贝塞尔波的电场与磁场分布选取一个截面作为初始波发射面，获取初始波发射面场分布，并根据初始波发射面场分布计算初始波的最大无衍射距离；

步骤2：发射初始波，使其在自由空间传播，并在最大无衍射距离处截取电场获取初始波发射面各个位置的电场值；

步骤3：初始波发射面的电场值离散化后进行时间反演操作获取反演贝塞尔波，发射反演贝塞尔波后使其在相同自由空间传播，完成产生无衍射贝塞尔波束。

优选地，所述步骤1中最大无衍射距离计算如下：

其中，ρ₀为初始波发射面的半径，δ为初始波波束的轴锥角，k_ρ为初始波的径向波数，k_z为初始波的轴向波数。

优选地，所述步骤2中电场的截取面面积大于初始波发射面面积。

优选地，所述步骤3中初始波发射面的电场值离散化步骤如下：