[发明专利]空气介质柱透镜天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线，尤其涉及一种空气介质柱透镜天线，特别适合于毫米波段应用。

背景技术

国际上很早就对透镜天线系统开展了一系列的研究，传统的透镜天线一般采用平面、球面、双曲面、抛物面等几何形状，但是这些方法扫描范围有限，损耗大、工作频带窄，不能满足现代毫米波系统应用的要求。密歇根大学的Prof. G. M. Rebeiz所带领的研究组在1993年提出了一种特别适合于毫米波段工作的介质透镜天线，这种天线最大的特点是可以消除毫米波天线的表面波损耗，1997年进一步，提出这种天线可以用于产生多波束扫描，其馈电天线可以很简单地集成在透镜的焦平面上。多伦多大学于2001年采用这种介质透镜天线在八毫米波段实现了31个圆极化波束的扫描，可以覆盖±23^o的锥形扫描范围，圆极化带宽（3dB轴比）达1GHz。2001年由多伦多大学和密歇根大学共同研制的均匀球透镜天线，第一次在国际上研制出了工作在77GHz，并能产生覆盖范围宽达180^o的多波束扫描。由于球透镜天线在加工制作、系统固定等方面存在一些实际困难，这时可以采用更为简单的柱面透镜天线来实现多波束扫描。柱面透镜天线产生的方向图为扇形波束，它在水平面内可以实现窄波束扫描，而在垂直面内则产生较宽的波束。

然而，上述透镜天线应用于卫星导航等空间应用时不可避免的遇到了一些问题。空间应用要求毫米波多波束天线具有重量轻，机械强度高，温度变化恒定，可工作于极端条件，例如高冲击强度，极限高低温等场合，这就对制作透镜的介质材料的性能有非常苛刻的要求。在实际Ka波段卫星通信中，为了实现35dB增益，如果采用传统的介质材料（例如Rexolite材料，其比重非常接近于水），经过计算，为了实现多波束扫描天线，其中光所需的透镜材料的重量就需要50～60公斤，这对卫星的载荷是个非常大的负担。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种空气介质柱透镜天线。

一种空气介质柱透镜天线包括金属圆盘形平行板波导、水平极化渐变槽天线、弧形金属支撑板；金属圆盘形平行板波导由上下两个金属圆盘构成，金属圆盘形平行板波导的上下内表面呈平面或弧形面，金属圆盘形平行板波导的中心腔体构成空气介质柱透镜，金属圆盘形平行板波导的上圆盘边缘下方设有圆环形凸台，金属圆盘形平行板波导的下圆盘边缘上方设有圆环形凸台，两圆环形凸台中间处设有水平极化渐变槽天线，水平极化渐变槽天线包括介质基片和金属薄片，介质基片上设有呈喇叭状开口的金属薄片，金属圆盘形平行板波导的两个金属圆盘边缘设有弧形金属支撑板，弧形金属支撑板包括弧形金属块、弧形槽和螺丝孔，在弧形金属块上设有弧形槽和螺丝孔，水平极化渐变槽天线嵌在弧形金属支撑板中间的弧形槽内。

另一种空气介质柱透镜天线包括金属圆盘形平行板波导、弧形金属支撑板、水平极化渐变槽天线阵列；金属圆盘形平行板波导由上下两个金属圆盘构成，金属圆盘形平行板波导的上下内表面呈平面或弧形面，金属圆盘形平行板波导的中心腔体构成空气介质柱透镜，金属圆盘形平行板波导的上圆盘边缘下方设有圆环形凸台，金属圆盘形平行板波导的下圆盘边缘上方设有圆环形凸台，两圆环形凸台中间处设有水平极化渐变槽天线阵列，水平极化渐变槽天线阵列由排列成弧形的多个水平极化渐变槽天线构成，水平极化渐变槽天线包括介质基片和金属薄片，介质基片上设有呈喇叭状开口的金属薄片，金属圆盘形平行板波导的两个金属圆盘边缘设有弧形金属支撑板，弧形金属支撑板包括弧形金属块、弧形槽和螺丝孔，在弧形金属块上设有弧形槽和螺丝孔，水平极化渐变槽天线嵌在弧形金属支撑板中间的弧形槽内。

另一种空气介质柱透镜天线包括金属圆盘形平行板波导、水平极化渐变槽天线、弧形金属支撑板；金属圆盘形平行板波导由上下两个金属圆盘构成，金属圆盘形平行板波导的上下内表面呈平面或弧形面，金属圆盘形平行板波导的中心腔体构成空气介质柱透镜，金属圆盘形平行板波导的上圆盘边缘下方设有圆环形凸台，金属圆盘形平行板波导的下圆盘边缘上方设有圆环形凸台，两圆环形凸台一侧的中间处设有水平极化渐变槽天线，水平极化渐变槽天线包括介质基片和金属薄片，介质基片上设有呈喇叭状开口的金属薄，金属圆盘形平行板波导的两个金属圆盘边缘设有弧形金属支撑板，弧形金属支撑板包括弧形金属块、弧形槽和螺丝孔，在弧形金属块上设有弧形槽和螺丝孔，水平极化渐变槽天线嵌在弧形金属支撑板中间的弧形槽内，两圆环形凸台另一侧向外延伸呈喇叭状开口。