[發(fā)明專利]弧面饋源收發(fā)集成新月透鏡天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710533459.1
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107394375B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳錫東;嚴(yán)海隆;楊帆
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q15/02;H01Q19/06;H01Q21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線，尤其涉及一種弧面饋源收發(fā)集成新月透鏡天線。

背景技術(shù)

國際上很早就對透鏡天線系統(tǒng)開展了一系列的研究，傳統(tǒng)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(xiàn)代毫米波系統(tǒng)應(yīng)用的要求。密歇根大學(xué)的Prof.G.M.Rebeiz所帶領(lǐng)的研究組最早開創(chuàng)了介質(zhì)透鏡的研究領(lǐng)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(zhì)透鏡天線，它由一個(gè)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(diào)節(jié)柱形延長段的長度可以微調(diào)透鏡的焦距，在單波束應(yīng)用的時(shí)候，一般調(diào)節(jié)柱形延長段的長度使得天線的增益達(dá)到最高。而在多波束應(yīng)用的時(shí)候，則要求使得每個(gè)波束的增益均勻性達(dá)到最優(yōu)，與單波束應(yīng)用相比，這時(shí)候每個(gè)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(zhì)透鏡天線在高增益應(yīng)用的情況下，重量會大大增加，給實(shí)際應(yīng)用帶來巨大困難，這時(shí)可采用新月透鏡天線系統(tǒng)，這種天線系統(tǒng)分為饋源天線和雙橢球面透鏡兩部分組成，當(dāng)饋源天線的相位中心與雙橢球面透鏡的焦點(diǎn)重合時(shí)，由饋源天線輻射產(chǎn)生的電磁波通過雙橢球面透鏡將變?yōu)槠叫胁ㄊ椛涑鋈ィ士梢院芊奖愕貙?shí)現(xiàn)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，新月透鏡的焦點(diǎn)只有一個(gè)，在饋源天線的相位中心與新月透鏡的焦點(diǎn)重合時(shí)增益最高，現(xiàn)有的新月透鏡天線不在焦點(diǎn)上的其他波束增益比焦點(diǎn)處的波束增益低，導(dǎo)致在多波束應(yīng)用場景下，掃描角度越大，增益越低，旁瓣越高，波束寬度越寬。這種新月透鏡在偏焦波束的性能較差，在實(shí)際應(yīng)用中會帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種弧面饋源收發(fā)集成新月透鏡天線。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種弧面饋源收發(fā)集成新月透鏡天線，其特征在于，包括新月透鏡、透鏡延伸層、透鏡支撐、底座、接收饋源天線陣列、發(fā)射饋源天線陣列；新月透鏡、透鏡延伸層和透鏡支撐均由介質(zhì)構(gòu)成，透鏡支撐為空心圓柱體，底座為圓柱體，新月透鏡、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(nèi)圓部分為弧形凹面，圓環(huán)部分為平面，底座下表面為平面；底座上表面的弧形凹面設(shè)有接收饋源天線陣列和發(fā)射饋源天線陣列，根據(jù)接收饋源天線陣列和發(fā)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(jìn)一步地，所述的新月透鏡的上表面為橢球面，下表面為球面，其公式分別為x²+y²+(z+z₀)²＝f²，其中a＝b，f為凸透鏡焦距，n為介質(zhì)折射率，透鏡延伸層的上表面和下表面均為球面，透鏡延伸層的上表面與新月透鏡的下表面重合，透鏡支撐的內(nèi)表面上覆蓋有吸波材料。

進(jìn)一步地，所述的接收饋源天線陣列和發(fā)射饋源天線陣列均可為若干波導(dǎo)介質(zhì)棒天線，波導(dǎo)介質(zhì)棒天線的底與弧形凹面相切。