[發明專利]新型中空輕量型透鏡結構

有效

• 申請號: 201880052898.3
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN110998373B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: H·辛;M·梁
• 申請（專利權）人: 代表亞利桑那大學的亞利桑那校董會
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G01B9/00;G01S7/02;G01S7/03;G02B6/122;G02B6/42;H01Q15/10
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發明揭露一種中空、輕量型、低成本及高性能的3D Luneburg透鏡結構，其使用部分金屬化的薄膜、線、細線、纖維或金屬線基超材料來實施連續變化的相對介電常數分布(Luneburg透鏡結構的特性)。該中空輕量型透鏡結構是基于有效介質方法并可通過若干方式實施。另外，該透鏡結構的大部分體積是自由空間，因此，該透鏡的重量顯著小于具有相同尺寸的傳統3D Luneburg透鏡結構。

交叉參考

本申請要求2017年6月16日提交的美國臨時專利申請號62/521,098的優先權，其說明書通過參考整體包含于此。

技術領域

本發明涉及中空3D透鏡結構的設計及制造，尤其涉及使用部分金屬化的薄膜、線、細線、纖維或金屬線基超材料的中空輕量型Luneburg透鏡結構的設計及制造。

背景技術

Luneburg透鏡因其高增益、寬帶行為，以及形成多光束的能力而成為用于多光束跟蹤的一種具有吸引力的梯度折射率裝置。Luneburg透鏡的表面上的每個點都是來自相對側的平面波入射的焦點。Luneburg透鏡的介電常數分布由以下公式給出：其中，ε_r是介電常數，R是該透鏡的半徑，以及r是從該位置至該透鏡的中心的距離。在目前的技術中，三維(“3D”)打印的Luneburg透鏡結構通過控制組成該透鏡的聚合物與空氣之間的填充率來構建。該透鏡結構的大部分通常由聚合物制成；因此，當該透鏡的尺寸變為較大時，它的重量顯著增加。另外，對于較大的透鏡尺寸，與當前技術關聯的制造成本通常很高。本發明的特征在于使用部分金屬化的薄膜、線、細線、纖維或金屬線基超材料的中空輕量型、低成本及高性能3DLuneburg透鏡結構。

本文中說明的任何特征或特征的組合都被包括于本發明的范疇內，只要被包括于任意此類組合中的特征不會互相不一致，如依據上下文、本說明書，以及本領域的普通技術人員的知識將顯而易見的那樣。本發明的額外優點及態樣在下面的詳細說明及權利要求中顯而易見。

發明內容

本發明的特征在于一種制造可操作于RF頻率范圍的中空輕量型3D透鏡結構的方法。在一些具體例中，使用部分金屬化的薄膜或金屬線來實施透鏡結構的連續變化的相對介電常數分布特性。在替代具體例中，利用金屬線基介電質來實施相對介電常數分布。

本發明的獨特的且創造性的技術特征之一是使用有效介質方法以相對傳統3DLuneburg透鏡增加包括當前的3D Luneburg透鏡結構的體積的自由空間量。不希望將本發明限于任何理論或機制，相信本發明的技術特征有利地提供中空的較輕量型透鏡結構，且由于需要較少的材料，因此提供較高的制造速率。當前已知的現有參考文獻或工作都不具有本發明的獨特創造性技術特征。

附圖說明

通過考慮下面結合附圖呈現的詳細說明，本發明的特征及優點將變得更加清楚，該些附圖中：

圖1A是中空結構透鏡的原理圖。

圖1B是虛單元的金屬化以及依據其接合點位置的金屬化的程度的圖式。

圖1C是中空輕量型Luneburg透鏡結構的中心截面的照片。

圖1D是本發明的中空輕量型Luneburg透鏡結構的照片。

圖2A顯示具有5毫米的單位單元尺寸的部分金屬化金屬線基中空輕量型Luneburg透鏡結構的單位單元結構的圖式。

圖2B顯示具有10毫米的單位單元尺寸的部分金屬化線基中空輕量型Luneburg透鏡結構的單位單元結構的圖式。具有銅涂層的該介電導線具有0.5毫米的直徑以及2.8的介電常數。金屬跡線包括全部三個軸(X、Y，以及Z)。