[發(fā)明專利]基于分區(qū)結構的透鏡天線及其設計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110275055.3
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113571915A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設計）人: 張金棟;牛哲源;孟繁宇;吳文;馬海斌;蔡嘉琦;張景怡;王翔;余英瑞;劉彥廷
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01Q15/08
• 分類號: H01Q15/08;H01Q13/02;G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

1.一種基于分區(qū)結構的折射透鏡天線，其特征在于，該天線包括喇叭天線(2)和設置在喇叭口的介質透鏡(1)，該介質透鏡(1)采用分區(qū)結構，分區(qū)方式為：建立二維坐標系，以介質透鏡(1)的中心軸為x軸，以介質透鏡(1)的平面為y軸，x軸的正向為透鏡曲面指向透鏡平面的方向；將介質透鏡(1)曲面所在的曲線作為第一虛擬曲線，將第一虛擬曲線沿x軸正向分別平移距離T和2T，分別形成第二虛擬曲線、第三虛擬曲線；

在第一虛擬曲線上，選取(-y₁,y₁)之間的曲線作為第一曲線(3)；在第二虛擬曲線上，選取(-y₂,y₂)之間的曲線作為第二曲線(4)；在第三虛擬曲線上，選取(-y₂,y₂)之間的曲線作為第三曲線(5)，以所述第一曲線(3)、第二曲線(4)和第三曲線(5)形成的閉合曲線，沿著介質透鏡(1)的曲面進行切割；其中y₁、y₂均為正數(shù)，且y₁y₂。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于分區(qū)結構的折射透鏡天線，其特征在于，所述第一曲線(3)的兩個端點、第二曲線(4)的兩個端點和第三曲線(5)的最低點位于同一水平面上。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于分區(qū)結構的折射透鏡天線，其特征在于，將所述第一曲線(3)的端點與介質透鏡(1)焦點的連線形成的射線記為第一射線，將所述第二曲線(4)的端點與介質透鏡(1)焦點的連線形成的射線記為第二射線，相鄰第一射線和第二射線之間的相位差為2π。

4.根據(jù)權利要求3所述的基于分區(qū)結構的折射透鏡天線，其特征在于，該天線將球面波轉換為平面波，點源發(fā)出的球面波在介質透鏡(1)口徑平面上同相。

5.根據(jù)權利要求4所述的基于分區(qū)結構的折射透鏡天線，其特征在于，所述距離T的計算公式為：

式中，λ為波長，n為折射率，為第一曲線(3)的端點和介質透鏡(1)焦點的連線與x軸之間的夾角。

6.根據(jù)權利要求5所述的基于分區(qū)結構的折射透鏡天線，其特征在于，所述介質透鏡(1)采用的介質為Teflon。

7.基于權利要求1至6任意一項所述折射透鏡天線的設計方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)分區(qū)原則及透鏡剖面曲線利用的幾何光程原理，獲取透鏡天線的各個參數(shù)：天線的中心頻率，波長λ，折射率n，焦距(-F，0)，介質透鏡長度S及厚度d，由此確定焦徑比，介質透鏡表面金屬層厚度h；

步驟2，選定分區(qū)寬度尺寸T，并在CST軟件中進行優(yōu)化，使得第一曲線的兩個端點、第二曲線的兩個端點和第三曲線的最低點位于同一水平面上，得到最終的分區(qū)寬度T，以及介質透鏡的高度B；

步驟3，確定喇叭天線的尺寸，根據(jù)介質透鏡的長度和焦距確定第一曲線的端點和介質透鏡焦點的連線與x軸之間的夾角

步驟4，在上述過程形成的介質透鏡模型的基礎上建立整個折射透鏡天線模型，并且優(yōu)化各個參數(shù)，得到最佳參數(shù)。