[发明专利]一种透镜天线

说明书

本发明提出了一种透镜天线，旨在保证透镜天线方向性的同时，实现了光学器件的幻觉效果，包括点光源、半径为r的球体结构和半径为R半球体结构，球体结构和半球体结构均采用左手材料，半球体结构的球面上设置有凹陷结构，该凹陷结构的曲面与球体结构的球面的曲率半径相同，球体结构嵌套在半球体结构的凹陷结构中，并与凹陷结构的曲面紧密相贴，球体结构的折射率沿通过球体结构球心O′和半球体结构虚球心O的轴线X正方向，以与半球体结构球面弯曲方向相同的球面形式逐渐增大，半球体结构的折射率沿从该半球体结构的球面和凹陷结构面向虚球心O方向逐渐增大，点光源在球体结构的内部，其发光点位于半球体结构的虚顶点A。

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别涉及一种透镜天线。

背景技术

透镜天线是一种能够通过电磁波并且可以把点源的球面波或线源的柱面波转换为平面波从而获得笔形、扇形或其他形状波束的天线。在微波通信系统中，表征透镜天线的指标主要有方向性。为了改善传统透镜天线方向性较弱的缺陷，研发人员提出了一种基于超材料的透镜天线，例如Aghanejad I等人2013年在《Antennas and PropagationConference》上发表了一篇名为“A high-gain lens antenna based on transformationoptics”的论文中，公开了一种基于变换光学的高增益透镜天线，包括馈源和半球体结构，馈源位于半球体结构的球面顶点，实现了一种将球面波转为平面波来增强方向性的透镜天线，这种结构只能实现方向性增强，并不具有光学器件的幻觉效果。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种透镜天线，旨在保证透镜天线方向性的同时，实现了光学器件的幻觉效果。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括点光源1、半径为r的球体结构2和半径为R半球体结构3，r＜R，所述球体结构2和半球体结构3均采用左手材料，所述半球体结构3的球面上设置有凹陷结构，该凹陷结构的曲面与球体结构2的球面的曲率半径相同，所述球体结构2嵌套在半球体结构3的凹陷结构中，并与凹陷结构的曲面紧密相贴；所述球体结构2的折射率n沿通过球体结构2球心O′和半球体结构3虚球心O的轴线X正方向，以与半球体结构3球面弯曲方向相同的球面形式逐渐增大，半球体结构3的折射率n₁沿从该半球体结构3的球面和凹陷结构面向虚球心O方向逐渐增大，该半球体结构3的虚顶点A到凹陷结构的曲面与轴线x的交点B的距离为d，d＝0.4r～0.6r；所述点光源1设置在球体结构2的内部，且点光源1发出的球面波的中轴线与轴线X重合，该点光源1的发光点位于半球体结构3的虚顶点A位置。

上述透镜天线，所述半球体结构3的底面是由半球体沿轴线X负方向截去宽度为l的圆台得到的，其底面直径小于2R。

上述透镜天线，所述凹陷结构的曲面，其顶点位于轴线X上。

上述透镜天线，所述球体结构的折射率n，通过如下公式计算：

其中，a表示点光源发光点的X轴坐标，b表示点光源发光点的Y轴坐标，A₁＝1-ax-by，B₁＝bx-ay，x表示球体结构内的X轴坐标，y表示球体结构内的Y轴坐标。

上述透镜天线，所述半球体结构的折射率n₁，通过如下公式计算：

其中，n₀表示半球体结构虚球心处的折射率，R表示半球体结构的半径，r₁表示半球体内部的点到虚球心O的距离，a表示点光源的X轴坐标，b表示点光源的Y轴坐标，x表示球体结构内的X轴坐标，y表示球体结构内的Y轴坐标。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：