[发明专利]基于分区结构的透镜天线及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于分区结构的折射透镜天线及其设计方法，其该天线包括喇叭天线和设置在喇叭口的介质透镜，该介质透镜采用分区结构。本发明在双曲面介质透镜的理论基础上，通过对介质透镜的折射表面进行分区，不仅可以减轻整个透镜天线的质量，而且较传统同规格透镜天线相比较，提高了增益。本发明利用对折射透镜天线的优化可以进一步减小天线的尺寸和重量，在不影响性能的前提下提高了天线的增益。

技术领域

本发明属于电子通信元件技术领域，特别涉及一种基于分区结构的折射透镜天线及其设计方法。

背景技术

随着现代信息与通信技术的快速发展，毫米波技术已经广泛应用在各种无线通信的场合。目前所使用的微波频谱已经变得十分拥挤，所以世界各国都迫切需要对其他频段进行开发以研究。随着对毫米波资源的开发，对毫米波系统及天线的研究已经变得越来越深入，毫米波空气透镜天线因为其方向性较好、分辨率较高、频带较宽，能够实现多波束等优点可以应用在航空航天、卫星通信、无线电通信及卫星导航中。

传统的毫米波透镜天线主要有：介质透镜、空气透镜、金属透镜等，但是在毫米波的范围里面，介质透镜天线在重量、体积和性能方面不弱于反射面天线，具有相对的优势。其优势在于方向性好、分辨率高、频带宽、能实现波束赋形、能够实现多波束、减小了重量和损耗等。但是也有不可忽视的缺点：首先是形成了有害区(如图1所示)，馈源在这些区域上的辐射并不能在口径平面形成x向的平面波，结果使天线效率降低，旁瓣电平升高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于分区结构的折射透镜天线及其设计方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于分区结构的折射透镜天线，该天线包括喇叭天线和设置在喇叭口的介质透镜，该介质透镜采用分区结构，分区方式为：建立二维坐标系，以介质透镜的中心轴为x轴，以介质透镜的平面为y轴，x轴的正向为透镜曲面指向透镜平面的方向；将介质透镜曲面所在的曲线作为第一虚拟曲线，将第一虚拟曲线沿x轴正向分别平移距离T和2T，分别形成第二虚拟曲线、第三虚拟曲线；

在第一虚拟曲线上，选取(-y₁,y₁)之间的曲线作为第一曲线；在第二虚拟曲线上，选取(-y₂,y₂)之间的曲线作为第二曲线；在第三虚拟曲线上，选取(-y₂,y₂)之间的曲线作为第三曲线，以所述第一曲线、第二曲线和第三曲线形成的闭合曲线，沿着介质透镜的曲面进行切割；其中y₁、y₂均为正数，且y₁y₂。

进一步地，所述第一曲线的两个端点、第二曲线的两个端点和第三曲线的最低点位于同一水平面上。

进一步地，将所述第一曲线的端点与介质透镜焦点的连线形成的射线记为第一射线，将所述第二曲线的端点与介质透镜焦点的连线形成的射线记为第二射线，相邻第一射线和第二射线之间的相位差为2π。

进一步地，该天线将球面波转换为平面波，点源发出的球面波在介质透镜口径平面上同相。

进一步地，所述距离T的计算公式为：

式中，λ为波长，n为折射率，为第一曲线的端点和介质透镜焦点的连线与x轴之间的夹角。

进一步地，所述介质透镜采用的介质为Teflon。

所述折射透镜天线的设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，根据分区原则及透镜剖面曲线利用的几何光程原理，获取透镜天线的各个参数：天线的中心频率，波长λ，折射率n，焦距(-F，0)，介质透镜长度S及厚度d，由此确定焦径比，介质透镜表面金属层厚度h；