[發明專利]一種基于電磁諧振器的二維龍伯透鏡

有效

• 申請號: 201710830929.0
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107871934B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 吳昱明;程功;殷俊祥;趙楠;張元
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;上海無線電設備研究所
• 主分類號: H01Q15/02
• 分類號: H01Q15/02;H01Q15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于電磁諧振器的二維龍伯透鏡，屬于微波技術領域。本發明包括n層同圓心的電磁諧振器單元模塊。每層電磁諧振器單元模塊，是由多個結構相同的電磁諧振器單元構成的一個圓環。電磁諧振器單元包括介質層和蝕刻圖案層，蝕刻圖案層采用金屬銅材質，壓合在介質層上。不同層電磁諧振器單元模塊中的電磁諧振器單元的蝕刻圖案層上的圖案相同、圖案尺寸不同，介質層完全相同。將所述的二維龍伯透鏡置于波導型結構中，水平極化的電磁波沿著二維龍伯透鏡一邊平行入射，能在入射波180°方向得到電磁波會聚效果。本發明通過PCB加工技術實現，具有易加工、成本低、可重復性高的特點，可以廣泛用于DOA估測技術和天線波束會聚的場景。

技術領域

本發明涉及一種基于電磁諧振器的二維龍伯透鏡，屬于微波技術領域。

背景技術

龍伯透鏡是一種電磁波會聚裝置，可以實現多波束，進行大角度掃描，主要應用于通信、電子對抗等領域。常用龍伯透鏡一般為龍伯球，但其體積大、重量大和球形結構不易固定等缺點，在實際應用中受到很大的限制。同時傳統三維龍伯球對制造工藝要求很高，實現性和重復性差。由于DOA(Direction of Arrival波達方向)估計中是對方位角和俯仰角在兩個正交平面分別進行測量的，所以龍伯透鏡只需在某一平面內具有良好的匯聚特性即可滿足要求。因此二維結構的龍伯透鏡具有較高性價比，在保證其性能的條件下大大降低了制作難度。目前已有的采用交指型電磁諧振器單元結構的二維龍伯透鏡，由于空氣間隙的存在，單元之間并不相連，無法制作實物。

發明內容

本發明針對現有技術的上述缺陷，為了實現體積小、重量輕的具有會聚作用的龍伯透鏡，提出了一種基于電磁諧振器單元的二維龍伯透鏡。本發明通過PCB(PrintedCircuit Board，印刷電路板)加工技術實現，具有易加工、成本低、可重復性高的特點，可以廣泛用于DOA(Direction of arrival，波達方向)估測技術和天線波束會聚的場景。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種基于電磁諧振器的二維龍伯透鏡，包括n層同圓心的電磁諧振器單元模塊。每層電磁諧振器單元模塊，是由多個結構相同的電磁諧振器單元構成的一個圓環。同一層電磁諧振器單元模塊中的電磁諧振器單元的幾何中心到二維龍伯透鏡平面幾何中心距離相等。

所述的電磁諧振器單元包括介質層和蝕刻圖案層，蝕刻圖案層采用金屬銅材質，壓合在介質層上。不同層電磁諧振器單元模塊中的電磁諧振器單元的蝕刻圖案層上的圖案相同、圖案尺寸不同，介質層完全相同。距離二維龍伯透鏡平面幾何中心越遠，電磁諧振器單元中的蝕刻圖案層上的圖案尺寸越小。

所述的介質層是一個邊長為a、厚度數毫米，具有固定介電常數、各向同性的均勻介質塊。邊長a遠小于透鏡工作波長；介質塊介電常數大于2。

所述的蝕刻圖案層的圖案為中心對稱的四個C形結構，為兩個同心圓環分別沿著互相垂直的、且與介質板的邊相平行的兩條直徑開槽而形成。所述的兩個同心圓環分別稱為內諧振環與外諧振環，內諧振環、外諧振環的寬度相同。改變該蝕刻圖案層的內諧振環內徑b的大小能改變電磁諧振器單元的等效介電常數。

為確定內諧振環內徑，利用HFSS電磁仿真軟件對電磁諧振器單元等效介電常數進行仿真。考慮到透鏡應用場景，仿真建模時，將電磁諧振器單元介質層水平放置，其下方緊貼放置一層人工磁導體表面；距離蝕刻圖案層上方h高度處放置一層同樣的人工磁導體表面，從而形成高度為h的空氣層。空氣層高度為介質層厚度的3-5倍。電磁諧振器單元左右兩側的邊界為金屬銅。將電磁諧振器單元水平面上的前后兩個面設置為端口。通過仿真得到的兩個端口的散射參數，計算出此時電磁諧振器單元與空氣層共同形成的等效介電常數。在沒有蝕刻圖案層的情況下，電磁諧振器單元等效介電常數最小為ε_min；在加入蝕刻圖案層的情況下，當內諧振環內徑b值變化時，仿真得到不同的等效介電常數值，從而得到各個b值與等效介電常數一一對應的關系。