專利名稱：寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透鏡天線，特別是一種可以進(jìn)行寬角度掃描的雙折射面透鏡天線。
背景技術(shù)：
透鏡天線的主要功能是實現(xiàn)高增益。傳統(tǒng)薄透鏡天線主要有雙曲面透鏡、菲涅爾透鏡、新月形透鏡等。他們均由饋源天線和透鏡組成。一般地，他們均能在透鏡軸向上實現(xiàn)高增益，但是它們并不適用于寬角度的掃描。傳統(tǒng)的雙曲面透鏡在偏焦照射的情況下，增益下降3dB時的波束掃描范圍在±15°到±20° ;而新月形透鏡在以透鏡焦點(同時也是饋源相位中心)為原點進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的時候，增益下降3dB時的波束掃描范圍最大也只能夠達(dá)到±30°。故傳統(tǒng)透鏡天線只能在較小的范圍內(nèi)實現(xiàn)波束掃描，無法實現(xiàn)高增益的寬角掃描。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服傳統(tǒng)透鏡的不足，提供一種可以實現(xiàn)高增益、寬角度掃描、波束偏轉(zhuǎn)與透鏡偏轉(zhuǎn)具有高度一致性的鐘型雙折射面透鏡天線。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線，包括鐘型雙折射面透鏡、圓錐喇叭天線、機械伺服結(jié)構(gòu)；鐘型雙折射面透鏡為鐘型實體結(jié)構(gòu)，下表面為平面，上表面為編鐘型曲面；圓錐喇叭天線的波導(dǎo)上裝有可調(diào)節(jié)的刻度條，在圓錐喇叭天線的末端接有波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換部件；機械伺服結(jié)構(gòu)包括偏轉(zhuǎn)刻度盤、底座、饋源安裝孔、支架；在底座上與鐘型雙折射面透鏡下表面邊緣的兩側(cè)對稱位置固定裝有支架，將鐘型雙折射面透鏡固定安裝在支架上；兩個支 架之間有一橫梁，橫梁中心位置挖有饋源安裝孔；圓錐喇叭天線穿過饋源安裝孔固定安裝在橫梁上，使圓錐喇叭天線的相位中心與鐘型雙折射面透鏡的焦點重合；偏轉(zhuǎn)刻度盤安裝在支架的一側(cè)。所述的鐘型雙折射面透鏡的透鏡材料為聚苯乙烯。所述的圓錐喇叭天線為圓極化天線或線極化天線。所述的圓錐喇叭天線具有對應(yīng)鐘型雙折射面透鏡口徑的-1OdB錐削照射角。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于本發(fā)明由于采用只有傳統(tǒng)透鏡焦徑比五分之一左右的小焦徑比雙折射面透鏡，與傳統(tǒng)透鏡天線相比，在透鏡偏轉(zhuǎn)時，有更多的能量照射到透鏡下表面，同時該透鏡的雙折射面能夠保證透鏡有較高的收縮效率，保證了透鏡較高的口徑效率和高增益，綜合以上兩點最終實現(xiàn)寬角度的波束掃描，在增益下降3dB時的波束掃描范圍能夠達(dá)到±50°，而且此天線保證了透鏡天線波束偏轉(zhuǎn)與透鏡偏轉(zhuǎn)的高度一致性(兩者偏差在0.1°以內(nèi))。另外，本天線結(jié)構(gòu)簡單，透鏡加工精度要求不高，易于制造。


圖1寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線示意圖2為鐘型雙折射面透鏡示意圖；圖3為圓錐喇叭天線示意圖；圖4為機械伺服結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線，由鐘型雙折射面透鏡1、圓錐喇叭天線2和機械伺服結(jié)構(gòu)3組成。鐘型雙折射面透鏡I通過機械伺服結(jié)構(gòu)3架構(gòu)在圓錐喇叭天線2上方，圓錐喇叭天線2發(fā)射的電磁波照射到鐘型雙折射面透鏡I上，通過折射從而形成高增益波束。圓錐喇叭天線2上有可供調(diào)節(jié)的刻度條6，圓錐喇叭天線2安裝在機械伺服結(jié)構(gòu)上后可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)喇叭與透鏡之間的距離。機械伺服結(jié)構(gòu)3能夠?qū)︾娦碗p折射面透鏡I進(jìn)行以透鏡焦點(同時也是饋源相位中心 )為原點的偏轉(zhuǎn)。松開機械伺服節(jié)構(gòu)3上的透鏡緊固螺栓4可調(diào)節(jié)透鏡偏轉(zhuǎn)，由偏轉(zhuǎn)刻度盤確定好偏轉(zhuǎn)角度后，擰緊透鏡緊固螺栓4。透鏡天線波束便指向了對應(yīng)角度的方向。所述的鐘型雙折射面透鏡I材料為聚苯乙烯。上述方案的原理是根據(jù)Snell定律和等光程原理設(shè)計具有只有傳統(tǒng)透鏡焦徑比五分之一左右的小焦徑比的鐘型雙折射面透鏡。因為具有小焦徑比和電磁波的雙折射，透鏡可以在擁有更寬的照射角的同時保證較高的收縮效率，因而相對于傳統(tǒng)透鏡，鐘型雙折射面透鏡在透鏡偏轉(zhuǎn)時有更多的能量從透鏡透射出去，從而當(dāng)透鏡圍繞透鏡焦點(同時也是饋源相位中心)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)時獲得寬角度高增益的波束掃描。圖1是寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線的整體示意圖。其中主要部件為鐘型雙折射面透鏡1、圓錐喇叭天線2和機械伺服結(jié)構(gòu)3。鐘型雙折射面透鏡通過安裝孔部件8與機械伺服結(jié)構(gòu)3的透鏡緊固螺栓4相連。從而固定在圓錐喇叭天線6上方。圓錐喇叭天線2通過機械伺服結(jié)構(gòu)3上的饋源緊固螺栓10固定在機械伺服結(jié)構(gòu)3的饋源位置上。透鏡軸向固定時，圓錐喇叭天線2照射透鏡的口徑效率最高，軸向增益最大。松開透鏡緊固螺栓4，根據(jù)偏轉(zhuǎn)刻度盤5調(diào)整好所需要的角度，擰緊透鏡緊固螺栓4固定好透鏡，即可實現(xiàn)對應(yīng)角度上的波束掃描。對應(yīng)波束偏轉(zhuǎn)角度和透鏡偏轉(zhuǎn)角度偏差在O. 1°以內(nèi)。圖2是鐘型雙折射面透鏡I。它根據(jù)Snell折射定律和等光程原理設(shè)計。透鏡上表面為曲面，下表面為平面。透鏡下表面邊緣對稱位置延伸出來兩個安裝孔部件8。安裝孔部件8與鐘型雙折射面透鏡I是一體的，材料也與鐘型雙折射面透鏡I 一致，為聚苯乙烯材料。通過安裝孔部件8與機械伺服結(jié)構(gòu)3的透鏡緊固螺栓4固定，從而可以將透鏡安裝在機械伺服結(jié)構(gòu)3上。圖3為圓錐喇叭天線2。所述的圓錐喇叭天線2可以為圓極化天線，亦可為線極化天線。圓錐喇叭天線2通過機械伺服結(jié)構(gòu)3的饋源緊固螺栓10安裝在饋源安裝孔11處。圓錐喇叭天線2上有可供調(diào)節(jié)的刻度條6。松開饋源緊固螺栓10后，可以調(diào)節(jié)圓錐喇叭天線2與鐘型雙折射面透鏡I的距離，使得圓錐喇叭天線2的相位中心與鐘型雙折射面透鏡I的焦點重合，從而保證透鏡天線不偏焦，獲得最大的增益。確定好圓錐喇叭天線2的位置后，再擰緊饋源緊固螺栓10即可。圖4為機械伺服結(jié)構(gòu)3。它包括透鏡支架12、透鏡緊固螺栓4、饋源緊固螺栓10、饋源安裝孔11、偏轉(zhuǎn)刻度盤5和底座7。鐘型雙折射面透鏡I通過透鏡緊固螺栓4和透鏡的安裝孔部件8固定在支架12上。圓錐喇叭天線2通過饋源緊固螺栓10安裝在饋源安裝孔11上。偏轉(zhuǎn)刻度盤5用于觀察透鏡的偏轉(zhuǎn)角度。底座7用于將透鏡天線固定在測試支架上。機械伺服結(jié)構(gòu)3可以實現(xiàn)對透鏡偏轉(zhuǎn)角度和圓錐喇叭天線位置的調(diào)節(jié)。經(jīng)測試， 本透鏡天線軸向口徑效率可以達(dá)到66%，掃描角度達(dá)到±50° (掃描增益下降3dB)。本發(fā)明未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線，其特征在于包括鐘型雙折射面透鏡(I)、圓錐喇叭天線(2)、機械伺服結(jié)構(gòu)(3);鐘型雙折射面透鏡(I)為鐘型實體結(jié)構(gòu)，下表面為平面，上表面為編鐘型曲面；圓錐喇叭天線(2)的波導(dǎo)上裝有可調(diào)節(jié)的刻度條(6)，在圓錐喇叭天線(2)的末端接有波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換部件(9);機械伺服結(jié)構(gòu)(3)包括偏轉(zhuǎn)刻度盤(5)、底座(7)、饋源安裝孔(11)、支架(12);在底座(7)上與鐘型雙折射面透鏡(I)下表面邊緣的兩側(cè)對稱位置固定裝有支架(12)，將鐘型雙折射面透鏡(I)固定安裝在支架(12)上；兩個支架(12)之間有一橫梁，橫梁中心位置挖有饋源安裝孔(11);圓錐喇叭天線(2)穿過饋源安裝孔(11)固定安裝在橫梁上，使圓錐喇叭天線(2)的相位中心與鐘型雙折射面透鏡(I)的焦點重合；偏轉(zhuǎn)刻度盤(5)安裝在支架(12)的一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線，其特征在于所述的鐘型雙折射面透鏡(I)的透鏡材料為聚苯乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線，其特征在于所述的圓錐喇叭天線(2)為圓極化天線或線極化天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線，其特征在于所述的圓錐喇叭天線(2)具有對應(yīng)鐘型雙折射面透鏡(I) 口徑的-1OdB錐削照射角。
全文摘要
寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線，包括鐘型雙折射面透鏡、圓錐喇叭天線和機械伺服結(jié)構(gòu)；鐘型雙折射面透鏡通過機械伺服結(jié)構(gòu)架構(gòu)在圓錐喇叭天線上方，根據(jù)幾何光學(xué)原理，圓錐喇叭天線發(fā)射的電磁波通過鐘型雙折射面透鏡后形成平面波，從而提高了天線增益。再通過機械伺服結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動透鏡，進(jìn)而形成波束掃描效果。本發(fā)明中寬角掃描鐘型雙折射面透鏡天線在保證了天線高增益的同時，還具有波束的寬角掃描能力，增益下降3dB時掃描角度可以達(dá)到±50°，而且此天線保證了透鏡天線波束偏轉(zhuǎn)與透鏡偏轉(zhuǎn)的高度一致性。此天線可以用于高增益、寬波束掃描的天線領(lǐng)域。
文檔編號H01Q13/02GK103066397SQ201210512979
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者趙宇楠, 許戎戎, 劉昊, 梁麗萍 申請人:北京遙測技術(shù)研究所, 航天長征火箭技術(shù)有限公司