[發明專利]弧面饋源收發集成雙橢球面透鏡天線

有效

• 申請號: 201710532990.7
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107369915B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 吳錫東;嚴海隆;楊帆
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01Q13/10
• 分類號: H01Q13/10;H01Q15/02;H01Q19/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

技術領域

本發明涉及天線，尤其涉及一種弧面饋源收發集成雙橢球面透鏡天線。

背景技術

國際上很早就對透鏡天線系統開展了一系列的研究，傳統的透鏡天線一般采用平面、球面、雙曲面、拋物面等幾何形狀，但是這些方法掃描范圍有限，損耗大、工作頻帶窄，不能滿足現代毫米波系統應用的要求。密歇根大學的Prof.G.M.Rebeiz所帶領的研究組最早開創了介質透鏡的研究領域(D.F.Filipovic,S.S.Gearhart and G.M.Rebeiz,“Double-slot antennas on extended hemispherical and elliptical silicon dielectric lenses,”IEEE Trans Microwave Theory Tech.,MTT-41,pp.1738-1749,Oct.1993)。他在1994年提出了一種特別適合于毫米波段工作的介質透鏡天線，它由一個半球和一段柱形延長段組成，其饋電天線可以很簡單地集成在透鏡的焦平面上。調節柱形延長段的長度可以微調透鏡的焦距，在單波束應用的時候，一般調節柱形延長段的長度使得天線的增益達到最高。而在多波束應用的時候，則要求使得每個波束的增益均勻性達到最優，與單波束應用相比，這時候每個掃描波束的增益會有大概2～3dB的下降(D.F.Filipovic,G.P.Gauthier,S.Raman and G.M.Rebeiz,“Off-axis properties of silicon and quartz dielectric lens antennas,”IEEE Trans.Antennas and Propagation,AP-45,No.5,pp.760-766,May 1997)。

上述介質透鏡天線在高增益應用的情況下，重量會大大增加，給實際應用帶來巨大困難，這時可采用雙橢球面透鏡天線系統，這種天線系統分為饋源天線和雙橢球面透鏡兩部分組成，當饋源天線的相位中心與雙橢球面透鏡的焦點重合時，由饋源天線輻射產生的電磁波通過雙橢球面透鏡將變為平行波束輻射出去，故可以很方便地實現高增益(X.Wu,G.V.Eleftheriades and T.E.van Deventer,“Design and characterization of single and multiple beam mm-wave circularly polarized substrate lens antennas for wireless communications,”IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,MTT-49,pp.431-441,March 2001)。

然而，雙橢球面透鏡的焦點只有一個，在饋源天線的相位中心與雙橢球面透鏡的焦點重合時增益最高，現有的雙橢球面透鏡天線不在焦點上的其他波束增益比焦點處的波束增益低，導致在多波束應用場景下，掃描角度越大，增益越低，旁瓣越高，波束寬度越寬。這種球透鏡在偏焦波束的性能較差，在實際應用中會帶來困難。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種弧面饋源收發集成雙橢球面透鏡天線。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種弧面饋源收發集成雙橢球面透鏡天線，其特征在于，包括雙橢球面透鏡、透鏡延伸層、透鏡支撐、底座、接收饋源天線陣列、發射饋源天線陣列；雙橢球面透鏡、透鏡延伸層和透鏡支撐均由介質構成，透鏡支撐為空心橢圓柱體，底座為橢圓柱體，雙橢球面透鏡、透鏡延伸層、透鏡支撐和底座的中軸線共線；底座上表面的內橢圓部分為弧形凹面，橢圓環部分為平面，底座下表面為平面；底座上表面的弧形凹面設有接收饋源天線陣列和發射饋源天線陣列，根據接收饋源天線陣列和發射饋源天線陣列的排布方式組成一維掃描或二維掃描陣列。

進一步地，所述的雙橢球面透鏡的上表面和下表面均為橢球面，其公式分別為其中a≠b，d≠e，a＞d，b＜e，透鏡延伸層上表面和下表面均為橢球面，透鏡延伸層上表面與雙橢球面透鏡下表面重合，透鏡支撐的內表面上覆蓋有吸波材料。

進一步地，所述的接收饋源天線陣列和發射饋源天線陣列均可為若干波導介質棒天線，波導介質棒天線的底與弧形凹面相切。

進一步地，所述的一維掃描陣列中，接收饋源天線陣列直線排列于弧形凹面上，發射饋源天線陣列關于中軸線對稱等間距排列于弧形凹面上；所述的二維掃描陣列中，接收饋源天線陣列呈蜂窩狀排列于弧形凹面上，發射饋源天線陣列關于中軸線對稱等間距排列于弧形凹面上。