[發(fā)明專(zhuān)利]基于分區(qū)結(jié)構(gòu)的透鏡天線及其設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110275055.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113571915A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q15/08
• 分類(lèi)號(hào): H01Q15/08;H01Q13/02;G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于分區(qū)結(jié)構(gòu)的折射透鏡天線及其設(shè)計(jì)方法，其該天線包括喇叭天線和設(shè)置在喇叭口的介質(zhì)透鏡，該介質(zhì)透鏡采用分區(qū)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在雙曲面介質(zhì)透鏡的理論基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)介質(zhì)透鏡的折射表面進(jìn)行分區(qū)，不僅可以減輕整個(gè)透鏡天線的質(zhì)量，而且較傳統(tǒng)同規(guī)格透鏡天線相比較，提高了增益。本發(fā)明利用對(duì)折射透鏡天線的優(yōu)化可以進(jìn)一步減小天線的尺寸和重量，在不影響性能的前提下提高了天線的增益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子通信元件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于分區(qū)結(jié)構(gòu)的折射透鏡天線及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代信息與通信技術(shù)的快速發(fā)展，毫米波技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種無(wú)線通信的場(chǎng)合。目前所使用的微波頻譜已經(jīng)變得十分擁擠，所以世界各國(guó)都迫切需要對(duì)其他頻段進(jìn)行開(kāi)發(fā)以研究。隨著對(duì)毫米波資源的開(kāi)發(fā)，對(duì)毫米波系統(tǒng)及天線的研究已經(jīng)變得越來(lái)越深入，毫米波空氣透鏡天線因?yàn)槠浞较蛐暂^好、分辨率較高、頻帶較寬，能夠?qū)崿F(xiàn)多波束等優(yōu)點(diǎn)可以應(yīng)用在航空航天、衛(wèi)星通信、無(wú)線電通信及衛(wèi)星導(dǎo)航中。

傳統(tǒng)的毫米波透鏡天線主要有：介質(zhì)透鏡、空氣透鏡、金屬透鏡等，但是在毫米波的范圍里面，介質(zhì)透鏡天線在重量、體積和性能方面不弱于反射面天線，具有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。其優(yōu)勢(shì)在于方向性好、分辨率高、頻帶寬、能實(shí)現(xiàn)波束賦形、能夠?qū)崿F(xiàn)多波束、減小了重量和損耗等。但是也有不可忽視的缺點(diǎn)：首先是形成了有害區(qū)(如圖1所示)，饋源在這些區(qū)域上的輻射并不能在口徑平面形成x向的平面波，結(jié)果使天線效率降低，旁瓣電平升高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種基于分區(qū)結(jié)構(gòu)的折射透鏡天線及其設(shè)計(jì)方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于分區(qū)結(jié)構(gòu)的折射透鏡天線，該天線包括喇叭天線和設(shè)置在喇叭口的介質(zhì)透鏡，該介質(zhì)透鏡采用分區(qū)結(jié)構(gòu)，分區(qū)方式為：建立二維坐標(biāo)系，以介質(zhì)透鏡的中心軸為x軸，以介質(zhì)透鏡的平面為y軸，x軸的正向?yàn)橥哥R曲面指向透鏡平面的方向；將介質(zhì)透鏡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；在第二虛擬曲線上，選取(-y₂,y₂)之間的曲線作為第二曲線；在第三虛擬曲線上，選取(-y₂,y₂)之間的曲線作為第三曲線，以所述第一曲線、第二曲線和第三曲線形成的閉合曲線，沿著介質(zhì)透鏡的曲面進(jìn)行切割；其中y₁、y₂均為正數(shù)，且y₁y₂。

進(jìn)一步地，所述第一曲線的兩個(gè)端點(diǎn)、第二曲線的兩個(gè)端點(diǎn)和第三曲線的最低點(diǎn)位于同一水平面上。

進(jìn)一步地，將所述第一曲線的端點(diǎn)與介質(zhì)透鏡焦點(diǎn)的連線形成的射線記為第一射線，將所述第二曲線的端點(diǎn)與介質(zhì)透鏡焦點(diǎn)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。

進(jìn)一步地，該天線將球面波轉(zhuǎn)換為平面波，點(diǎn)源發(fā)出的球面波在介質(zhì)透鏡口徑平面上同相。

進(jìn)一步地，所述距離T的計(jì)算公式為：

式中，λ為波長(zhǎng)，n為折射率，為第一曲線的端點(diǎn)和介質(zhì)透鏡焦點(diǎn)的連線與x軸之間的夾角。

進(jìn)一步地，所述介質(zhì)透鏡采用的介質(zhì)為T(mén)eflon。

所述折射透鏡天線的設(shè)計(jì)方法，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(gè)參數(shù)：天線的中心頻率，波長(zhǎng)λ，折射率n，焦距(-F，0)，介質(zhì)透鏡長(zhǎng)度S及厚度d，由此確定焦徑比，介質(zhì)透鏡表面金屬層厚度h；