[发明专利]一种混合式菲涅尔透镜

说明书

本发明提供一种混合式菲涅尔透镜，包括数个全波区，每个全波区由数个同心环透镜体及环间缝隙排列而成的子区组成，所述数个全波区包括设置于内环的平面打孔部和设置于外环的沟槽部，且所述沟槽部由所述平面打孔部内首个无法制作的子区起始设置。所述混合式菲涅尔透镜最大限度地减小了沟槽式菲涅尔透镜的阴影效应及平面打孔式菲涅尔透镜制造限制的影响，使得其具有高增益、高带宽的特点。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种混合式菲涅尔透镜。

背景技术

菲涅尔透镜天线有体积小，重量小，增益高等优点，其中，透镜的子区(subzone)越多，增益越高。在经典沟槽式菲涅尔透镜的设计中，由于相邻的子区存在高度差异，会产生阴影效应，影响增益。平面打孔式菲涅尔透镜的设计通过使用将原始设计中材料和空气的介电常数按比例进行等效，规避了经典沟槽式设计中子区的高度差，消除了阴影效应，使得增益增加。但是，平面打孔式菲涅尔透镜的制作由于需要在制作好的透镜上进行打孔操作使得该设计方法的实际制作非常困难。

近年来，3D打印的发展，使得平面打孔式菲涅尔透镜的制作变得简单，通过引入不同大小的空心打印单元(unit cell)来实现不同的材料比例(infill percentage)，即可实现不同的介电常数的等效，且打印单元越大材料比例越小，等效介电常数越小。

但是，由于菲涅尔透镜本身的性质，子区由内到外环半径越来越小，而在一个全波区(full-wave zone)中，由于所需的介电常数越来越小，子区所需的打印单元尺寸将越来越大。在实际制作的过程中，当子区较多时，非常容易出现打印单元尺寸超过子区半径的现象，进一步地，由于在3D打印过程中，熔融材料从喷嘴沉积到建筑区域，喷嘴的直径决定了最小打印特征的大小，在一次印刷过程中通常不更换喷嘴，因此喷嘴的直径是固定的。因而导致了在设计子区较多的菲涅尔透镜天线时，使用平面打孔式设计将不能制作，迫使透镜设计者放弃平面打孔式设计中的不可处理的子区，从而将增益降低到比实际使用的沟槽式设计低的水平；或者只能使用经典的沟槽式设计，同样影响了增益。

发明内容

为解决子区较多的菲涅尔透镜天线在设计时只能使用受阴影效应影响极大的沟槽式设计，从而导致了增益低的问题，本发明提供了一种混合式菲涅尔透镜，将菲涅尔透镜天线分为内环的平面打孔部和外环的沟槽部，在设计时将从第一个不能制作的平面打孔部的子区开始改为经典的沟槽式设计，从而尽可能多地保留可3D打印制作的平面打孔式子区，最小化阴影效应的影响，最大化增益。

为了实现上述目的，本发明提供的具体技术方案如下：

一种混合式菲涅尔透镜，包括数个全波区，每个全波区由数个同心环透镜体及环间缝隙排列而成的子区组成，优选地，所述数个全波区包括设置于内环的平面打孔部和设置于外环的沟槽部，且所述沟槽部由所述平面打孔部内首个无法制作的子区起始设置。

最好,所述制作包括3D打印。

优选地，所述数个全波区通过支臂互相联接固定。

优选地，所述同心环透镜体及环间缝隙的环宽沿圆心向外延伸的方向逐级递减。

最好，在所述平面打孔部中，所述同心环透镜体的高度相同；在所述沟槽部中，每个全波区的所述同心环透镜体的高度沿圆心向外延伸的方向逐级递减。

优选地，所述平面打孔部内设有贯通所述同心环透镜体的空心打印单元，且每个全波区的所述空心打印单元的尺寸沿圆心向外延伸的方向逐级递增。

优选地，所述沟槽部的设置位置满足：在所述平面打孔部内，当所述同心环透镜体中空心打印单元的尺寸大于所述同心环透镜体的环宽时，开始设置所述沟槽部。

本发明的有益效果：