本發(fā)明專利技術提供了一種新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線，雙線極化饋源附著在柱形介質(zhì)板透鏡的圓周面上，且柱形介質(zhì)透鏡為具有一定剖面形狀的旋轉(zhuǎn)對稱結構，柱形介質(zhì)板透鏡的厚度分布及半徑同時實現(xiàn)兩個極化方向電磁波實現(xiàn)由柱面波轉(zhuǎn)換成平面波；由雙線極化饋源激勵。本發(fā)明專利技術結構簡單，加工工藝成熟、穩(wěn)定，尤其適用于毫米波頻段，通過調(diào)整合適的介質(zhì)板波導透鏡的厚度分布及大小，巧妙地將雙線極化饋源激勵起的兩個極化方向電磁波同時實現(xiàn)由柱面波轉(zhuǎn)換成平面波，從而實現(xiàn)高增益雙線極化，根據(jù)單個饋源產(chǎn)生的波束寬度，調(diào)整弧形饋源陣元間間距，即可實現(xiàn)方位面的不間斷波束掃描。即可實現(xiàn)方位面的不間斷波束掃描。即可實現(xiàn)方位面的不間斷波束掃描。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線
[0001]本專利技術涉及天線
，尤其是一種柱面介質(zhì)透鏡加載天線，具體來說是一種可實現(xiàn)雙線極化的介質(zhì)透鏡加載天線，適用于毫米波頻段多波束定向通信及波束掃描的使用場景。
技術介紹
[0002]隨著移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的繁榮、物聯(lián)網(wǎng)概念的興起以及衛(wèi)星通信技術、導航技術、雷達抗干擾等技術的快速發(fā)展，從頻譜資源上分析，傳統(tǒng)的低頻段頻譜資源已經(jīng)枯竭，無法滿足通信容量提升的需求，需要拓展高頻段應用。相較于傳統(tǒng)的單線極化天線，雙線極化天線可以一線極化波作為發(fā)射，另一極化作為接收，實現(xiàn)天線口徑的共用。不僅如此，現(xiàn)今各種應用對天線提出了更為嚴格的要求：工作于高頻段的高速通信系統(tǒng)對天線的增益提出更高的要求；多目標跟蹤則需要天線有較高的增益，較大范圍的波束一致性和較快的跟蹤速度；另外在一些需要多波束的場合如微波遙感和汽車防撞雷達等領域則需要低成本和高效的多波束通信天線。本專利技術正是基于上述使用需求，設計了一種可實現(xiàn)雙線極化的基于介質(zhì)板波導的高增益柱面透鏡加載天線，尤其適用于毫米波頻段多波束定向通信及波束掃描的使用場景。
[0003]柱面透鏡加載實現(xiàn)天線高增益的基本理論是在保證透鏡的相對介電常數(shù)滿足從2到1的變化規(guī)律的前提下，從而將柱面波轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫娌āＭ瑫r，柱面透鏡加載天線是一種具有旋轉(zhuǎn)對稱結構的透鏡天線，透鏡圓周面上的每一個點都可視為焦點。只要在透鏡表面安放多個饋源，便可實現(xiàn)寬角范圍內(nèi)的多波束覆蓋，且波束一致性好。因此，利用柱面透鏡加載天線的形式來實現(xiàn)雙線極化有著極其廣泛的應用市場。<br/>[0004]基于上述柱面透鏡加載天線的優(yōu)點，專業(yè)研究人員對其展開了廣泛的研究，并研發(fā)出多種形式的柱面透鏡加載天線。專利CN102176538提出了一種多波束介質(zhì)柱天線用以實現(xiàn)方位面的多波束，其主要結構有介質(zhì)柱透鏡、平行金屬板波導結構和饋源天線；專利CN101587990提出了一種基于人工超材料的柱形透鏡天線，該天線使用人工超材料來模擬實現(xiàn)標準龍伯透鏡對電磁波的折射率；專利CN102122762設計出一款毫米波360
°
全向掃描介質(zhì)柱透鏡天線，該天線由三個120
°
波束覆蓋的柱面龍伯透鏡天線沿軸向交叉組陣而成，其透鏡天線單元主要結構有介質(zhì)柱透鏡、平行金屬板波導結構和饋源；專利CN102130381提出一種部分介質(zhì)對稱填充柱透鏡天線，該天線基于平行板波導中TE波的傳輸規(guī)律，通過部分介質(zhì)填充實現(xiàn)所需折射率分布；Olivier Lafond等人在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,VOL.61,NO.4,APRIL 2013發(fā)表的題為“An Active Reconfigurable Antenna at 60GHz Based on Plate Inhomogeneous Lens and Feeders”的論文中設計一個分層柱面龍伯透鏡天線，該天線基于介質(zhì)等效理論。綜上所述，現(xiàn)有柱面透鏡加載天線一般都是基于平行板波導結構，其結構本身注定了該種柱面龍伯透鏡天線為單線極化天線。而在很多工程實際應用場景例如衛(wèi)星通信、“動中通”通信、復雜環(huán)境抗多徑干擾通信等，通常需要雙線極化電磁波信號。在這些需要雙線極化信號的使用場
景中，傳統(tǒng)的單線極化龍伯透鏡天線雖然也具有高增益的特點，但是其單極化特性無疑制約了其使用。
技術實現(xiàn)思路
[0005]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本專利技術提供一種新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線，該柱面介質(zhì)透鏡加載天線采用雙線極化饋源即可實現(xiàn)高增益雙線極化。本專利技術結構簡單，加工工藝成熟、穩(wěn)定，尤其適用于毫米波頻段。
[0006]本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0007]一種新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線，包括雙線極化饋源(1)和柱形介質(zhì)透鏡(2)，雙線極化饋源(1)附著在柱形介質(zhì)板透鏡(2)的圓周面上，且柱形介質(zhì)透鏡(2)為具有一定剖面形狀的旋轉(zhuǎn)對稱結構，柱形介質(zhì)板透鏡(2)的厚度分布及半徑同時實現(xiàn)兩個極化方向電磁波實現(xiàn)由柱面波轉(zhuǎn)換成平面波；由雙線極化饋源(1)激勵。
[0008]所述柱形介質(zhì)板透鏡(2)的介質(zhì)板材應遵循電磁損耗低、介電常數(shù)穩(wěn)定的原則，同時為保證介質(zhì)板透鏡(2)的可加工性，介電常數(shù)小于等于5。
[0009]根據(jù)介質(zhì)板波導內(nèi)波的傳輸特性同時實現(xiàn)兩個極化方向電磁波實現(xiàn)由柱面波轉(zhuǎn)換成平面波，介質(zhì)板波導透鏡(2)的徑向厚度分布呈現(xiàn)鈸狀分布，在介質(zhì)板波導中，水平極化電磁波和垂直極化電磁波的傳輸特性分別如式(1)、式(2)所示：
[0010][0011][0012]其中β為電磁波沿介質(zhì)板波導的傳輸，p為介質(zhì)板波導邊界的衰減常數(shù)，t為介質(zhì)板厚度，ε1為介質(zhì)板的相對介電常數(shù)，λ為電磁波在自由空間的波長，h為電磁波沿介質(zhì)板波導法向的傳播常數(shù)，β為電磁波沿介質(zhì)板波導的傳輸常數(shù)，ε2為空氣的相對介電常數(shù)。
[0013]柱形介質(zhì)透鏡(2)的圓周均布多個雙線極化饋源(1)，形成弧形饋源陣，根據(jù)單個饋源產(chǎn)生的波束寬度，調(diào)整弧形饋源陣的陣元間間距，即可實現(xiàn)方位面波束覆蓋掃描。
[0014]本專利技術的有益效果在于利用介質(zhì)板波導可同時支持水平極化波和垂直極化波共存的傳輸特性，通過調(diào)整合適的介質(zhì)板波導透鏡的厚度分布及大小，巧妙地將雙線極化饋源激勵起的兩個極化方向電磁波同時實現(xiàn)由柱面波轉(zhuǎn)換成平面波，從而實現(xiàn)高增益雙線極化。
[0015]該柱面介質(zhì)透鏡具有旋轉(zhuǎn)對稱的結構特征，因而本專利技術亦可應用于方位面多波束掃面的使用場景中。此時，只需沿柱形介質(zhì)透鏡圓周布置弧形饋源陣，根據(jù)單個饋源產(chǎn)生的
波束寬度，調(diào)整弧形饋源陣元間間距，即可實現(xiàn)方位面的不間斷波束掃描。
附圖說明
[0016]圖1為本專利技術的新型柱面介質(zhì)透鏡加載天線的三維結構圖；
[0017]圖2為本專利技術的新型柱面介質(zhì)透鏡加載天線的側視圖；
[0018]圖3為本專利技術的新型柱面介質(zhì)透鏡加載天線的俯視圖；
[0019]圖4為本專利技術的新型柱面介質(zhì)透鏡加載天線在方位面內(nèi)垂直極化電磁波的輻射方向圖；
[0020]圖5為本專利技術的新型柱面介質(zhì)透鏡加載天線在方位面內(nèi)水平極化電磁波的輻射方向圖。
具體實施方式
[0021]下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。
[0022]為使本專利技術的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合實施方式和附圖，對本專利技術作進一步地詳細描述。
[0023]本專利技術針對目前已公開的專利和論文中涉及到的柱面介質(zhì)透鏡加載天線幾乎都是單線極化的現(xiàn)象，設計出一種新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線。本專利技術的新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線是基于介質(zhì)板波導結構設計的。由于介質(zhì)板波導是純介質(zhì)結構，相對于傳統(tǒng)金屬平行板波導，介質(zhì)板波導能夠?qū)崿F(xiàn)水平極化波和垂直極化波的同時傳輸。基于介質(zhì)板波導的這一傳輸特性，利用一個雙線極化饋源天線即可在介質(zhì)板透鏡中分別激勵起等幅的水平極化波和垂直波。在介質(zhì)板波導中水平極化波和垂直極化波的傳播常數(shù)是不同本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線，包括雙線極化饋源(1)和柱形介質(zhì)透鏡(2)，其特征在于：所述新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線，雙線極化饋源(1)附著在柱形介質(zhì)板透鏡(2)的圓周面上，且柱形介質(zhì)透鏡(2)為具有一定剖面形狀的旋轉(zhuǎn)對稱結構，柱形介質(zhì)板透鏡(2)的厚度分布及半徑同時實現(xiàn)兩個極化方向電磁波實現(xiàn)由柱面波轉(zhuǎn)換成平面波；由雙線極化饋源(1)激勵。2.根據(jù)權利要求1所述的新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線，其特征在于：所述柱形介質(zhì)板透鏡(2)的介質(zhì)板材的介電常數(shù)小于等于5。3.根據(jù)權利要求1所述的新型高增益雙線極化柱面介質(zhì)透鏡加載天線，其特征在于：根據(jù)介質(zhì)板波導內(nèi)波的傳輸特性同時實現(xiàn)兩個極化方向電磁波實現(xiàn)由柱面波轉(zhuǎn)換成平面波，介質(zhì)...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：史志鵬，馬小濤，孫晉，郭麗娜，
申請(專利權)人：中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設備研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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