[發明專利]一種半球龍伯透鏡天線

有效

• 申請號: 201710786658.3
• 申請日: 2015-02-16
• 公開（公告）號: CN107623190B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 周勇;邢孟達;趙宏杰
• 申請（專利權）人: 航天特種材料及工藝技術研究所
• 主分類號: H01Q15/02
• 分類號: H01Q15/02;H01Q15/08;H01Q19/06
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 譚輝;周嬌嬌

本發明公開了一種半球龍伯透鏡天線，所述半球龍伯透鏡天線為半徑為R的半球體，并且被設計為包括n個同心層，第i個同心層的平均介電常數ε_i＝2?(r_i/R)²，其中，n為不小于3的整數，r₁為球心層的半徑；r_n＝R；r_i為第i個同心層的半徑；1≤i≤n；所述n個同心層中的至少一個同心層分布有空腔。本發明的半球龍伯透鏡天線的空腔結構形狀、尺寸和分布可調可控，實現了對同心層平均介電常數的精確控制，能夠滿足不同的設計要求，應用廣泛；并且制作材料廣泛，生產工藝簡單，成品率高，不存在層間間隙，使產品質量更加穩定、可靠。

本申請是申請日為“2015年2月16日”、申請號為“201510084764.8”、發明名稱為“一種半球龍伯透鏡天線的制作方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及通信領域，更具體地說，涉及一種半球龍伯透鏡天線。

背景技術

龍伯透鏡天線以球形為基本形狀(在本文中有時也稱為龍伯球)，是由R.K.龍伯于1944年基于幾何光學法提出的概念。龍伯透鏡天線是一種透過電介質將電磁波聚焦至焦點的透鏡天線。它是一個由介電材料制成的球體，能夠將各個方向傳來的電磁波匯聚到透鏡表面相應的一點。在無限接近球體表面的部分，其材質的介電常數＝1(即與空氣的介電常數相同)，其球心處的介電常數＝2。球體從表面到中心材質的介電常數是漸變的，其變化規律為ε_r(r)＝2-(r/R)²(0≤r≤R)，其中，r為當前位置到球體中心的距離，R為龍伯透鏡天線的半徑。

龍伯透鏡天線一般都是針對特定目標入射電磁波進行設計的。目標入射電磁波穿透球體表面，然后折射聚焦到球體另一面的焦點上，不同電磁波信號的入射方向不同，在球面上匯聚的焦點位置也不同。因此在龍伯透鏡天線為完全球體的情況下，接收信號角度方位廣，只需沿著透鏡表面簡單地移動饋源位置，或放置多個饋源，就可以同時接收多個信號而不需改變透鏡天線的位置。此外不像其他天線具有有限的適用頻帶，龍伯透鏡天線可用于例如波長為從1米到0.1厘米的微波以及波長大于微波的全部電磁波段，包括波長從3000米到10^-3米的無線電波，因此適用于大容量的帶寬通信系統。

另外，由于龍伯透鏡天線具有將電磁波聚焦的特性，使其雷達反射截面積(即RCS值，也是衡量龍伯透鏡天線性能的關鍵技術指標)遠大于其物理截面積，因此可用于設置防雷達假目標、干擾偽裝、靶的標定、救援等方面。

作為完整球體的龍伯透鏡天線的球對稱結構和聚焦電磁波的功能使其廣泛應用在衛星通信、雷達天線、電子對抗等領域，做為衛星地面站、衛星新聞轉播車、射電天文望遠鏡、軍用假目標、靶機、靶彈、汽車防撞雷達等的天線部件。

理論上，用于龍伯透鏡天線的材料的介電常數從球心到最外層應該是從2到1連續變化。然而實際上是無法制作出這樣理想的龍伯透鏡天線的，一般常用分層設計的離散球殼來代替。

最初，制作龍伯透鏡天線是利用具有不同介電常數的材料來進行，然而能滿足要求的材料非常有限，而且材料之間介電常數梯度太大，因此通過材料選擇來制作的龍伯球質量大，透鏡的輻射特性也不是最佳，一直沒有得到廣泛應用。

2003年，Sébastien R ondineau等(Sébastien R ondineau等.Aslicedspherical luneburg lens.IEEE Antennas Wireless Propagat.lett.2003，2:163-166)將龍伯透鏡天線沿球徑方向分層，按照一定打孔規則在介質層上打孔，以期達到所需的介電常數。這種打孔設計的龍伯透鏡在孔定位和加工上操作難度非常大，而且由于孔的數目多，存在形變和機械強度不足等問題，各部分間的牢固性低。這種設計方法只是實現了宏觀上的介電常數等效，透鏡天線的效率很低，在26.5GHz，效率只有30％，在32GHz，效率只有15％。