[發明專利]適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡結構及打印方法

有效

• 申請號: 201811615162.0
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109687158B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 陳明繼;陳錦;林藝躍;宋維力;方岱寧
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01Q15/02
• 分類號: H01Q15/02
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡結構，其特征在于：龍勃透鏡為球形，所述球形龍勃透鏡由兩個3D打印半球形透鏡拼接而成；單個3D打印半球形龍勃透鏡結構包括支撐層(1)、滿足龍勃透鏡折射率分布多層梯度結構層(2)及滿足龍勃透鏡折射率分布多層梯度結構層(2)中間隙的填充材料(3)；支撐層(1)位于水平大圓面上，垂直方向的大圓面剖面輪廓為二維半圓形，外形輪廓為二維半圓形的剖面結構由多層桿狀結構周向陣列而成，在外形輪廓為二維半圓形的剖面上單個桿狀結構的寬度沿徑向呈由粗到細梯度變化；通過調節單個梯度桿狀結構的空間填充率f，使多層桿狀結構周向陣列的等效折射率n滿足多層均勻離散的龍勃透鏡折射率分布，其中龍勃透鏡折射率分布為其中r為距透鏡球心的距離，R為三維球形龍勃透鏡的半徑，n為折射率，ε_eff為等效介電常數，等效介電常數ε_eff＝ε_dielectric×f+ε_air×(1-f)，ε_dielectric為選用介質材料的介電常數，ε_air為空氣的介電常數，f為梯度桿狀結構的空間填充率；通過旋轉多層桿狀結構周向陣列得到由多個旋轉錐體組合而成滿足龍勃透鏡折射率分布多層梯度結構層(2)；在滿足龍勃透鏡折射率分布多層梯度結構層(2)之間的空隙填充支撐材料，實現支撐層(1)、滿足龍勃透鏡折射率分布多層梯度結構層(2)及滿足龍勃透鏡折射率分布多層梯度結構層(2)中間隙的填充材料(3)組成的單個3D打印半球形透鏡結構。

2.如權利要求1所述的適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡結構，其特征在于：介質材料為光敏樹脂材料。

3.如權利要求1所述的適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡結構，其特征在于：單個梯度桿狀結構的最窄處寬度應滿足目前3D打印工藝要求，目前3D打印技術要求單個梯度桿狀結構的最窄處寬度應≥0.2mm；最窄處寬度隨著3D打印技術發展能夠進一步減小，能夠打印出更為精細的結構，提高全介質多波束掃描龍勃透鏡的性能。

4.如權利要求3所述的適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡結構，其特征在于：根據目前3D打印工藝要求，針對微波段全介質多波束掃描龍勃透鏡，通過調節單個亞波長尺度的梯度桿狀結構的空間填充率f，使多層桿狀結構周向陣列的等效折射率n滿足多層均勻離散的龍勃透鏡折射率分布，由于單個梯度桿狀結構為亞波長尺度。

5.如權利要求4所述的適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡結構，其特征在于：根據目前3D打印工藝要求，針對紅外波段全介質龍勃透鏡，通過調節單個亞波長尺度的梯度桿狀結構的空間填充率f，使多層桿狀結構周向陣列的等效折射率n滿足多層均勻離散的龍勃透鏡折射率分布；得到具有良好聚焦特性的紅外波段龍勃透鏡。

6.適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡打印方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：選取適用于3D打印的介質材料，測定其在4-20GHz范圍的介電常數；

步驟二：基于如權利要求1所述的適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡結構生成三維模型，將適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡結構的三維模型導入3D打印機，然后按照3D打印機的操作規程完成該導入三維模型的打印，得到半球形龍勃透鏡結構；

步驟三：去除3D打印出的半球形龍勃透鏡結構的支撐層(1)和填充材料(3)，得到半球形龍勃透鏡，將兩個半球形龍勃透鏡拼接組成球狀全介質多波束掃描龍勃透鏡。

7.適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡打印方法，其特征在于：將如權利要求6所述的適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡打印方法打印得到的球狀全介質多波束掃描龍勃透鏡加上饋源，形成龍勃透鏡天線。

8.如權利要求7所述的適于3D打印的全介質多波束掃描龍勃透鏡打印方法，其特征在于：介質材料為光敏樹脂材料。