雙極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線，尤其涉及一種雙極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線。
【背景技術(shù)】
[0002]介質(zhì)透鏡天線被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、雷達(dá)探測(cè)以及電子對(duì)抗等領(lǐng)域。介質(zhì)透鏡技術(shù)包括了薄透鏡、球透鏡以及柱透鏡天線等，這些透鏡天線最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、掃描范圍寬，可以實(shí)現(xiàn)低損耗的寬帶工作。2001年由多倫多大學(xué)和密歇根大學(xué)共同研制的均勻球透鏡天線，第一次在77GHz實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍寬達(dá)180°的多波束掃描。該球面透鏡天線由33個(gè)漸變槽天線組成的水平面半圓陣列進(jìn)行饋電，每個(gè)單元產(chǎn)生的3dB波束寬度為5.5°，這樣能覆蓋33X5.5 = 181.5°的水平掃描范圍。該饋電陣列可以很方便地印刷在同一個(gè)平面介質(zhì)基片上，并放置于球面透鏡的赤道平面上，由于球面透鏡的自對(duì)稱性，每個(gè)饋電單元產(chǎn)生的掃描波束幾乎一致，這使得球面透鏡的掃描角度非常寬，可以很方便地達(dá)到180度掃描。由于球透鏡天線在加工制作、系統(tǒng)固定等方面存在一些實(shí)際困難，這時(shí)可以采用更為簡(jiǎn)單的柱面透鏡天線來(lái)實(shí)現(xiàn)多波束掃描。柱面透鏡天線產(chǎn)生的方向圖為扇形波束，它在水平面內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)窄波束掃描，而在垂直面內(nèi)則產(chǎn)生較寬的波束。龍伯(Luneberg)透鏡由R.K.Luneberg于1944提出，一提出就引起了學(xué)術(shù)界的強(qiáng)烈反響。此后基于龍伯透鏡的透鏡天線相繼被提出，這些天線性能優(yōu)良，口徑效率可以做得很高。同時(shí)由于龍伯透鏡天線的球?qū)ΨQ特性，可應(yīng)用于航天通信、衛(wèi)星跟蹤等領(lǐng)域。申請(qǐng)?zhí)枮?00710140739.2，名稱為一種無(wú)線電波透鏡天線裝置的專利，公開(kāi)了一種透鏡天線，該天線由半球介質(zhì)龍伯透鏡和反射板和支持器支撐的設(shè)在透鏡焦點(diǎn)部的天線元件組成。申請(qǐng)?zhí)枮?00580009846.0，名稱為龍伯透鏡天線裝置的專利，公開(kāi)了一種透鏡天線，該天線包括，半球形龍伯透鏡，天線固定裝配架，無(wú)線電波反射器以及其他固定裝置。申請(qǐng)?zhí)枮?01110026407.8，名稱為部分介質(zhì)對(duì)稱填充柱透鏡天線的專利，公開(kāi)了一種透鏡天線，該天線包括金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)，兩個(gè)介質(zhì)，饋源天線，弧形金屬支撐板。申請(qǐng)?zhí)枮?01110026408.2，名稱為部分介質(zhì)非對(duì)稱填充柱透鏡天線的專利，公開(kāi)了一種透鏡天線，該天線包括金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)，介質(zhì)，饋源天線，弧形金屬支撐板。上述透鏡天線只能實(shí)現(xiàn)單一極化，且俯仰面掃描范圍有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種水平極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線，包括金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)、兩個(gè)介質(zhì)、一個(gè)或多個(gè)水平極化波導(dǎo)縫隙天線;金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)由上下兩個(gè)金屬圓盤(pán)構(gòu)成，兩個(gè)介質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，一表面為平面，分別與金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的上下兩個(gè)金屬圓盤(pán)緊貼，另一表面為弧形面，金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的上下兩個(gè)金屬圓盤(pán)間的腔體和介質(zhì)共同組成雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡;水平極化波導(dǎo)縫隙天線包括介質(zhì)基片、金屬薄片、金屬箱和充填介質(zhì)；金屬箱內(nèi)部設(shè)有矩形空腔，矩形空腔內(nèi)充滿充填介質(zhì)；金屬箱的正面中心開(kāi)有X形縫隙，一側(cè)面沿垂直方向開(kāi)有矩形縫隙，在該側(cè)面外表面固定介質(zhì)基片，介質(zhì)基片上固定矩形條狀的金屬薄片，金屬薄片與矩形縫隙垂直;一個(gè)或多個(gè)水平極化波導(dǎo)縫隙天線固定在金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的邊緣處，介質(zhì)基片與金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的金屬圓盤(pán)垂直。
[0006]所述的雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡的折射率變化符合廣義龍伯定律，其中R為雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡的半徑，r為雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡上任一點(diǎn)到圓心的距離，η為雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡的折射率，和為可變參數(shù)。
[0007]一種水平極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線陣列，由多個(gè)上述水平極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線上下堆疊組成。
[0008]—種垂直極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線，包括金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)、兩個(gè)介質(zhì)、一個(gè)或多個(gè)垂直極化波導(dǎo)縫隙天線;金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)由上下兩個(gè)金屬圓盤(pán)構(gòu)成，兩個(gè)介質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，一表面為平面，分別與金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的上下兩個(gè)金屬圓盤(pán)緊貼，另一表面為弧形面，金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的上下兩個(gè)金屬圓盤(pán)間的腔體和介質(zhì)共同組成雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡;垂直極化波導(dǎo)縫隙天線包括介質(zhì)基片、金屬薄片、金屬箱和充填介質(zhì)；金屬箱內(nèi)部設(shè)有矩形空腔，矩形空腔內(nèi)充滿充填介質(zhì)；金屬箱的正面中心開(kāi)有X形縫隙，一側(cè)面沿垂直方向開(kāi)有矩形縫隙，在該側(cè)面外表面固定介質(zhì)基片，介質(zhì)基片上固定矩形條狀的金屬薄片，金屬薄片與矩形縫隙垂直;一個(gè)或多個(gè)垂直極化波導(dǎo)縫隙天線固定在金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的邊緣處，介質(zhì)基片與金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的金屬圓盤(pán)平行。
[0009]所述的雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡的折射率變化符合廣義龍伯定律，其中R為雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡的半徑，r為雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡上任一點(diǎn)到圓心的距離，η為雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡的折射率，和為可變參數(shù)。
[0010]一種垂直極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線陣列，由多個(gè)上述垂直極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線上下堆疊組成。
[0011]—種雙極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線，包括金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)、兩個(gè)介質(zhì)、一個(gè)或多個(gè)雙極化波導(dǎo)縫隙天線;金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)由上下兩個(gè)金屬圓盤(pán)構(gòu)成，兩個(gè)介質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，一表面為平面，分別與金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的上下兩個(gè)金屬圓盤(pán)緊貼，另一表面為弧形面，金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的上下兩個(gè)金屬圓盤(pán)間的腔體和介質(zhì)共同組成雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡;雙極化波導(dǎo)縫隙天線包括介質(zhì)基片、金屬薄片、金屬箱和充填介質(zhì);金屬箱內(nèi)部設(shè)有矩形空腔，矩形空腔內(nèi)充滿充填介質(zhì);金屬箱的正面中心開(kāi)有X形縫隙，金屬箱的兩個(gè)相鄰側(cè)面沿垂直方向開(kāi)有矩形縫隙，在該側(cè)面的外表面固定介質(zhì)基片;介質(zhì)基片的外表面固定矩形金屬薄片，金屬薄片與矩形縫隙垂直;一個(gè)或多個(gè)雙極化波導(dǎo)縫隙天線固定在金屬圓盤(pán)形平行板波導(dǎo)的邊緣處。
[0012]所述的雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡的折射率變化符合廣義龍伯定律，其中R為雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡的半徑，r為雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡上任一點(diǎn)到圓心的距離，η為雙極化對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡的折射率，和為可變參數(shù)。
[0013]—種雙極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線陣列，由多個(gè)上述雙極化波導(dǎo)縫隙饋源對(duì)稱介質(zhì)填充柱透鏡天線上下堆疊組成。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:采用折射率變化符合廣義龍伯定律的雙極化透鏡，可以在不改變透鏡的情況下方便地實(shí)現(xiàn)雙極化，且在組成天線陣列時(shí)，可以有效提高陣列的增益和俯仰掃描范圍；同時(shí)，由于廣義龍伯定律引入了兩個(gè)可變參數(shù)，可以根據(jù)需要，進(jìn)一步減輕透鏡重量，減小介質(zhì)損耗，提高輻射效率，當(dāng)選用介電常數(shù)較高的介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)的厚度可以做得很薄，因此介質(zhì)損耗比普通的均勻介質(zhì)柱透鏡天線和傳統(tǒng)的龍伯透鏡天線更低，重量也可以更輕，天線輻射效率可以有效提高，尤其是對(duì)于大尺寸、高增益的場(chǎng)合，天線輻射效率的提高更是非常顯著；另外，由于介質(zhì)損耗低，這種結(jié)構(gòu)非常適合拓展到毫米波高端、亞毫米波段乃至太赫茲波段應(yīng)用；其次，由于需要介質(zhì)材料很