[发明专利]一种介质腔组成的透镜体及透镜天线

说明书

本发明提供一种更优的介质腔组成的透镜体和透镜天线。透镜体，包括若干锥状件，所述锥状件的内部形成有空腔，该空腔称为介质腔；这些锥状件组成球体，所组成的球体由球心至球面方向平均介电常数越来越低。本发明具有以下优点：1）锥状件的组装结构天然地与龙伯透镜的理论模型契合，因此透镜体对理论效果的还原力强；2）生产效率高；3）组件化生产，产品电性能的一致性高。本发明还提供一种使用该透镜体的透镜天线。

技术领域

本发明涉及通信设备生产领域，更具体地说，涉及一种电磁波透镜和电磁波透镜天线。

背景技术

龙伯透镜由RKLuneberg于1944年基于几何光学法提出，用作天线和散射体的应用，主要用于快速扫描系统、卫星通信系统、汽车防撞雷达、雷达反射器等领域。

龙伯透镜的经典模型是：龙伯透镜从球心到外径其介电常数应该是从2到1遵从一定的数学规律连续变化。但自然界里并不存在这样理想的结构，所以在实际设计中常用分层的、介电常数阶变的结构来逼近理论结构。

现有技术中，分层的、介电常数阶变的结构大致可分为以下三类：第一类是包裹类；第二类是卷制类，第三类是空穴类。这些不同的结构其缺点与优点同样鲜明。

包裹类结构的生产通常需要使用模具，如果层数太多则工艺太复杂且成本高昂，而且不同个体的性能一致性通常较差。

卷制类结构的分层层数虽容易做成较多层，但现有技术只能将其制成圆柱体或椭圆柱体而非经典模型的球体，且在圆柱体和椭圆柱体的中轴方向上不是符合经典模型的理论的，使得其性能效果大打折扣，以致于不能满足很多场景下的性能要求。

空穴类通常是采用3D打印的方式制成，而3D打印出来的构体通常都是单一种热熔材料，现时适用于3D打印的热熔材料要么介电常数不合适，要么密度不足够低，在面对制作大尺寸透镜时，其重量相当可观以致引起安装和使用的各种困难。

后来还出现了组装类的结构，是指多个形状相同或基本相同的单元构体按照一定的分布规律共同构成透镜整体。如专利号为202010092466.4，名称为“通信装置、透镜天线及球透镜”的中国发明专利所公开的技术方案。该方案公开了一种由介质载体和若干个介质锥体构成的透镜结构，由于其介质锥体为实心结构，于是该方案是通过调整介质锥体的外形轮廓来控制介质的填充比，然而这样的做法使得只要想逼近龙伯透镜的原理，则即使介质锥体的长度或锥尖的角度有所不同，但介质锥体的形状基本上都会呈现两头尖中间鼓的形态，而介质锥体这样的形态会导致两个问题：1）介质锥体之间的排列并不紧密，容易出现介质锥体偏离既定位置的问题；2）目标的球状透镜的直径一定的情况下，所能设置的介质锥体的数量不能太多，否则就严重偏离所需的介电常数的分布规律，但介质锥体的数量较少的情况也就说明透镜的局部的介电常数分布其实并不很均匀；3）由于介质锥体自身的形状以及它们的组装规律所限，单一个球体透镜所能设置的介质锥体的最大数量也不能太多，这又会造成透镜整体的外形并不接近于球形或圆柱面，而这又是与龙伯透镜的理论模型相违背的。

为获得生产效率更高、成本更低、重量轻、性能指标更好、性能一致性更佳的龙伯透镜产品，需要对现有的产品结构进行创新。

发明内容

为解决现有技术中存在的缺点，本发明提供一种更优的介质腔组成的透镜体和透镜天线。

采用以下的技术方案：

一种介质腔组成的透镜体，特别地，包括若干锥状件，所述锥状件的内部形成有空腔，该空腔称为介质腔；这些锥状件组成球体，所组成的球体由球心至球面方向平均介电常数越来越低。