本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種應(yīng)用于多波束定向通信及波束掃描的輕量化介質(zhì)填充式多波束柱面龍伯透鏡天線。它的基本結(jié)構(gòu)包括柱面龍伯介質(zhì)透鏡、多個E型微帶天線饋源組成的弧形陣(3)、位于兩塊相互平行的金屬平板(4)之間的柱面龍伯介質(zhì)透鏡分三層，包括外層透鏡(11)、中間層透鏡(12)、內(nèi)層透鏡(13)，三層都采用低介電常數(shù)的輕質(zhì)泡沫作為基底材料，在基底材料上開孔并填充高介電常數(shù)的介質(zhì)棒，三層透鏡上面的孔密度由外向內(nèi)依次變密集，弧形陣(3)固定于兩塊相互平行的金屬平板(4)之間。本發(fā)明專利技術(shù)在低介電常數(shù)基底材料上開孔填充高介電常數(shù)介質(zhì)材料來實現(xiàn)所需漸變介電常數(shù)，在保證滿足天線電性能的同時本發(fā)明專利技術(shù)實現(xiàn)了天線的輕量化。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及到一種屬于天線工程
的龍伯透鏡天線，具體來說是一種適用 于多波束定向通信及波束掃描的介質(zhì)填充式柱面龍伯透鏡天線。
技術(shù)介紹
隨著衛(wèi)星通信、雷達系統(tǒng)以及電子對抗等
對多波束天線的需求越來越 多，相應(yīng)地對多波束天線的要求也越來越高，在滿足高增益、窄波束、低副瓣、波束覆蓋范圍 廣等要求的同時還要兼顧掃描速度、成本、環(huán)境等需要。 傳統(tǒng)工藝大多采用介質(zhì)塑料泡沫熱發(fā)泡法來實現(xiàn)龍伯透鏡天線的制作，如專利 CN101057370中通過開模方法對泡沫塑料珠料進行發(fā)泡，但是這種方法工藝流程非常復(fù)雜 且發(fā)泡均勻性難以控制，對加工條件要求很高，導(dǎo)致加工成本不可控制、批量生產(chǎn)困難。 美國專利US 5677796所公開的題為 "Luneberg I ens and me thod of constructing same"中詳細介紹了一種利用二次曲線形的特殊鉆頭沿介質(zhì)透鏡的半徑方 向開漸變錐形孔的方法，從而設(shè)計出滿足龍伯透鏡介電常數(shù)漸變規(guī)律的龍伯透鏡，該方法 不僅加工難度大且需考慮材料的機械強度，因而成本也較高;且由于本底材料質(zhì)量密度一 般均較高，對于較大型龍伯透鏡其重量問題突出。劉志佳在論文"基于開孔結(jié)構(gòu)的龍伯透鏡 天線技術(shù)"中介紹了一種在高介電常數(shù)介質(zhì)上鉆柱形孔填充空氣來實現(xiàn)滿足龍伯透鏡介電 常數(shù)漸變規(guī)律的介質(zhì)透鏡，實現(xiàn)了高效率、高增益及低成本。但由于開孔基底材料較重，使 得透鏡天線重量也不具優(yōu)勢。 S · Rondineau等人在IEEE Antennas Wireless Propag · (vol · 2，pp · 163-166， 2003)上發(fā)表的題為"A sliced spherical Luneburg lens"論文介紹了一種薄片式龍伯透 鏡天線，該透鏡在聚四氟乙烯上鉆不同密度及大小的孔，再將鉆孔后的多層圓形聚四氟乙 烯薄片粘合組裝設(shè)計出龍伯透鏡天線，這種方法設(shè)計出的透鏡天線各向異性性能較差，且 重量也不具優(yōu)勢。 東南大學崔鐵軍等人在Appl ied Physics Letters · (vol · 95，issue 18， id. 181901 ,2009)上發(fā)表的題為"Broadband planar Luneburg lens based on complementary metamaterials"論文中利用電磁超材料設(shè)計了工作于Ku波段的龍伯透鏡 天線，但該天線口徑效率較低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的在于:針對上述存在的問題，提出了一種新型的輕量化介質(zhì)填 充式多波束柱面龍伯透鏡天線 本專利技術(shù)的輕量化介質(zhì)填充式多波束柱面龍伯透鏡天線，包括柱面龍伯透鏡、弧形 結(jié)構(gòu)饋源陣、金屬平板，其中位于兩塊平行的金屬平板之間的柱面龍伯透鏡分為三層:外層 透鏡、中間層透鏡和內(nèi)層透鏡，每層透鏡均采用低介電常數(shù)輕質(zhì)基底材料;在每層透鏡的基 底材料上開孔并填充高介電常數(shù)材料，形成介質(zhì)棒，且三層透鏡上的孔的孔密度由外層透 鏡到內(nèi)層透鏡依次變大，即內(nèi)層透鏡上的孔密度大于中間層透鏡上的孔密度，中間層透鏡 上的孔密度大于外層透鏡上的孔密度，每層透鏡的孔可以是均勻分布也可以是非均勻分 布，各孔的直徑優(yōu)選為相同尺寸，也可以尺寸不同。弧形結(jié)構(gòu)饋源陣固定于兩塊平行的金屬 平板之間。本專利技術(shù)的天線采用介質(zhì)填充工藝，在低介電常數(shù)基底材料上開孔填充高介電常數(shù) 介質(zhì)材料來實現(xiàn)所需漸變介電常數(shù)，低介電常數(shù)基底材料可以是輕質(zhì)泡沫，也可以是空氣。 其不僅結(jié)構(gòu)簡單緊湊，而且實現(xiàn)了輕量化，使其能更好的應(yīng)用于多波束定向通信和波束掃 描天線，尤其是對重量有所要求的場合。等效媒質(zhì)理論是一種關(guān)于混合介質(zhì)材料電磁特性的宏觀等效理論。按照不同比例 混合不同電磁特性的材料可以讓混合后的材料具有期望的電磁特性。本專利技術(shù)采用A-BG等效 媒質(zhì)理論來進行等效。其計算公式如下：f 其中eeff為混合材料的等效介電常數(shù)，ει為填充材料的介電常數(shù)，eh為基底材料的 介電常數(shù)，P為開孔后填充材料體積占整個混合材料體積的體積比分數(shù)。 遵循加工方便、等效均勻一致性好、加工后材料機械強度高等原則，本專利技術(shù)的開孔 采用圓柱形孔。為了保證等效媒質(zhì)理論的有效性，孔徑大小一般控制在四分之一波長以下。 在天線模型的等效介電常數(shù)εΜ經(jīng)優(yōu)化并確定后，根據(jù)采用的基底材料的介電常 數(shù)、介質(zhì)棒的介電常數(shù)(填充材料的介電常數(shù)），基于A-BG等效媒質(zhì)理論確定填充材料的體 積比P，基于柱面龍伯透鏡的尺寸和介質(zhì)棒尺寸，可以得到介質(zhì)棒的個數(shù)，即三層透鏡的所 有開孔數(shù)。在基于三層透鏡上孔密度由外層透鏡到內(nèi)層透鏡依次變大的條件，對開孔結(jié)構(gòu) 即孔半徑和孔的數(shù)量進行優(yōu)化，從而完成本專利技術(shù)的天線的設(shè)計。 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)的有益效果是:本專利技術(shù)采用介質(zhì)填充 方法在低介電常數(shù)介質(zhì)上填充高介電常數(shù)介質(zhì)來實現(xiàn)滿足龍伯透鏡規(guī)律漸變介電常數(shù)的 人工復(fù)合材料，從而設(shè)計出輕型化的柱面龍伯透鏡天線。透鏡天線上下兩層的金屬平板構(gòu) 成平行板波導(dǎo)，限制電磁波的同時能減小電磁波在俯仰面的發(fā)散。此外，還可以利用金屬平 板固定弧形結(jié)構(gòu)饋源陣，降低天線整體高度，使得天線小型化、緊湊。【附圖說明】 圖1為本專利技術(shù)一種輕量化介質(zhì)填充式多波束柱面龍伯透鏡天線的三維結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本專利技術(shù)一種輕量化介質(zhì)填充式多波束柱面龍伯透鏡天線的俯視圖和側(cè)視 圖； 圖3為本專利技術(shù)柱面龍伯透鏡天線中10個E形貼片天線饋源單獨激勵時的駐波比； 圖4為本專利技術(shù)柱面龍伯透鏡天線中單個饋源激勵時的方位面輻射方向圖； 圖5為本專利技術(shù)柱面龍伯透鏡天線中單個饋源激勵時的俯仰面輻射方向圖； 圖6為本專利技術(shù)柱面龍伯透鏡天線中10個饋源依次激勵時在方位面形成的10個波 束；圖7為本專利技術(shù)柱面龍伯透鏡天線中的基底材料由輕質(zhì)泡沫改為空氣后的三維結(jié)構(gòu) 圖。 其中，11--外層透鏡、12--中間層透鏡、13--內(nèi)層透鏡、21--外層尼龍棒、 22--中間層尼龍棒、23--內(nèi)層尼龍棒、3--弧形陣、4--金屬平板。【具體實施方式】為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā) 明作進一步地詳細描述。圖1和圖2詳細地描述了一種輕量化介質(zhì)填充式多波束柱面龍伯透鏡天線的結(jié)構(gòu) 圖。依圖示描述，此裝置主要包括柱面龍伯透鏡天線、10個E型微帶貼片饋源組成的弧形陣 3、兩塊平行的金屬平板4,其中柱面龍伯透鏡包括三層:外層透鏡11、中間層透鏡12、內(nèi)層透 鏡13,三層透鏡都采用低介電常數(shù)輕質(zhì)基底材料，本實施方式中采用輕質(zhì)泡沫作為基底材 料，在基底材料上開孔并填充高介電常數(shù)材料，形成介質(zhì)棒。本實施方式中介質(zhì)棒的材料為 尼龍，即介質(zhì)棒為圓柱形尼龍棒。每個圓柱形尼龍棒的直徑可以不同，優(yōu)選為直徑相同。且 每層透鏡(外層透鏡11、中間層透鏡12、內(nèi)層透鏡13)所分布的圓柱形尼龍棒可以是均勻分 布，即相鄰間隔相同，也可以為非均勻分布。優(yōu)選為均勻分布。例當前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種輕量化介質(zhì)填充式多波束柱面龍伯透鏡天線，其特征在于，包括柱面龍伯透鏡、弧形結(jié)構(gòu)饋源陣(3)、金屬平板(4)，其中位于兩塊平行的金屬平板(4)之間的柱面龍伯透鏡分為三層：外層透鏡(11)、中間層透鏡(12)和內(nèi)層透鏡(13)，每層透鏡均采用低介電常數(shù)輕質(zhì)基底材料；在每層透鏡的基底材料上開孔并填充高介電常數(shù)材料，形成介質(zhì)棒，且三層透鏡上的孔的孔密度由外層透鏡(11)到內(nèi)層透鏡(13)依次變大；弧形結(jié)構(gòu)饋源陣(3)固定于兩塊平行的金屬平板(4)之間。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊仕文，蔣秋芳，陳益凱，吳堅林，張航宇，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51
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