一種龍伯透鏡反射器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及通信領(lǐng)域，更具體地說，設(shè)及一種龍伯透鏡反射器。
【背景技術(shù)】
[0002] 龍伯球是由R. K.龍伯于1944年基于幾何光學(xué)法提出的概念。龍伯透鏡天線是一 種透過電介質(zhì)將電磁波聚焦至焦點(diǎn)的透鏡天線。它是一個(gè)由介電材料制成的球體，能夠?qū)?各個(gè)方向傳來的電磁波匯聚到透鏡表面相應(yīng)的一點(diǎn)。在無限接近球體表面的部分，其材質(zhì) 的介電常數(shù)=1(即與空氣的介電常數(shù)相同），其球屯、處的介電常數(shù)=2。球體從表面到中 屯、材質(zhì)的介電常數(shù)是漸變的，其變化規(guī)律為￡f(r) =2-(r/R)2(0《r《R)，其中，r為當(dāng)前 位置到球體中屯、的距離，R為龍伯球的半徑。
[0003] 龍伯球一般都是針對(duì)特定目標(biāo)入射電磁波進(jìn)行設(shè)計(jì)的。目標(biāo)入射電磁波穿透球體 表面，然后折射聚焦到球體另一面的焦點(diǎn)上，不同電磁波信號(hào)的入射方向不同，在球面上匯 聚的焦點(diǎn)位置也不同。因此在龍伯球?yàn)橥耆蝮w的情況下，接收信號(hào)角度方位廣，只需沿著 透鏡表面簡單地移動(dòng)饋源位置，或放置多個(gè)饋源，就可W同時(shí)接收多個(gè)信號(hào)而不需改變透 鏡天線的位置。此外不像其他天線具有有限的適用頻帶，龍伯球可用于例如波長為從1米 到0. 1厘米的微波W及波長大于微波的全部電磁波段，包括波長從3000米到10 3米的無線 電波，因此適用于大容量的帶寬通信系統(tǒng)。
[0004] 另外，由于龍伯球具有將電磁波聚焦的特性，使其雷達(dá)反射截面積（即RCS值，也 是衡量龍伯球性能的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)）遠(yuǎn)大于其物理截面積，因此可用于設(shè)置防雷達(dá)假目 標(biāo)、干擾偽裝、祀的標(biāo)定、救援等方面。
[0005] 作為完整球體的龍伯球的球?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)和聚焦電磁波的功能使其廣泛應(yīng)用在衛(wèi)星 通信、雷達(dá)天線、電子對(duì)抗等領(lǐng)域，做為衛(wèi)星地面站、衛(wèi)星新聞轉(zhuǎn)播車、射電天文望遠(yuǎn)鏡、軍 用假目標(biāo)、祀機(jī)、祀彈、汽車防撞雷達(dá)等的天線部件。
[0006] 理論上，用于龍伯球的材料的介電常數(shù)從球屯、到最外層應(yīng)該是從2到1連續(xù)變化。 然而實(shí)際上是無法制作出運(yùn)樣理想的龍伯球的，一般常用分層設(shè)計(jì)的離散球殼來代替。
[0007] 最初，制作龍伯球是利用具有不同介電常數(shù)的材料來進(jìn)行，然而能滿足要求的材 料非常有限，而且材料之間介電常數(shù)梯度太大，因此通過材料選擇來制作的龍伯球質(zhì)量大， 透鏡的福射特性也不是最佳，一直沒有得到廣泛應(yīng)用。
[0008] 2003 年，S6bastien R ondineau 等（S6bastien R ondineau 等.Asliced spherical luneburg lens. IEEE Antennas Wireless Propagat. lett. 2003,2 :163-166) 將龍伯球沿球徑方向分層，按照一定打孔規(guī)則在介質(zhì)層上打孔，W期達(dá)到所需的介電常數(shù)。 運(yùn)種打孔設(shè)計(jì)的龍伯透鏡在孔定位和加工上操作難度非常大，而且由于孔的數(shù)目多，存在 形變和機(jī)械強(qiáng)度不足等問題，各部分間的牢固性低。運(yùn)種設(shè)計(jì)方法只是實(shí)現(xiàn)了宏觀上的介 電常數(shù)等效，透鏡天線的效率很低，在26. 5GHz，效率只有30%，在32GHz，效率只有15%。
[0009] 發(fā)泡法是目前最常用的制作龍伯球的方法。該方法一般是先將用樹脂制作的珠料 適當(dāng)發(fā)泡，然后按粒度大小進(jìn)行篩選分組。然后根據(jù)所設(shè)計(jì)的介電常數(shù)將不同組的發(fā)泡材 料混合而使混合材料的介電常數(shù)等于預(yù)定的介電常數(shù)。再將粘合劑和泡沫珠料混在一起， 灌在尺寸合適的球型模具中，待粘合劑中的可揮發(fā)成分揮發(fā)后，使珠料硬化、粘合而獲得具 有預(yù)定介電常數(shù)的球殼。
[0010] 目前制作的龍伯球通常是由多層具有不同介電常數(shù)的材料包裹而成的，其介電常 數(shù)的變化是離散的，近似模擬理想狀態(tài)下的介電常數(shù)連續(xù)平滑變化。一般而言，包裹的材料 層數(shù)越多，透鏡天線越接近理想狀態(tài)，然而運(yùn)也相應(yīng)的增加了層與層之間存在空氣的概率， 理論上，空氣層的徑向厚度大于入射波長的5%即可顯著地使龍伯球性能下降。
[0011] 另外，增加層數(shù)還會(huì)相應(yīng)加大制造難度和材料成本、模具成本W(wǎng)及制造周期。因 此，現(xiàn)有技術(shù)通常把球體的層數(shù)限制在10層左右，少見多于10層的結(jié)構(gòu)，因此模擬理想的 介電常數(shù)連續(xù)平滑變化的程度有限，尤其是對(duì)于大尺寸的龍伯球。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)中通過發(fā)泡法制造龍伯球所使用的材料通常為聚苯乙締泡沫?？赏ㄟ^控 制泡沫密度來控制其內(nèi)的空氣體積分?jǐn)?shù)，從而控制其宏觀平均介電常數(shù)為預(yù)期值。但發(fā)泡 時(shí)泡沫密度達(dá)到預(yù)期值只能說明整塊泡沫的宏觀平均介電常數(shù)達(dá)到預(yù)期值，由于發(fā)泡工藝 的特點(diǎn)，在微觀上很難保證材料處處均勻一致，因此在微觀上泡沫內(nèi)一定大量存在體積過 大或過小的氣泡，從而使介電常數(shù)在微觀上出現(xiàn)波動(dòng)，造成產(chǎn)品性能與預(yù)期出現(xiàn)偏差，而且 不同批次產(chǎn)品的性能偏差程度也不同，此外，根據(jù)散射效應(yīng)，當(dāng)泡沫內(nèi)氣泡的直徑大于Ξ分 之一的入射波長時(shí)，也會(huì)造成龍伯透鏡性能顯著下降。同時(shí)，發(fā)泡法在模制過程中珠料可能 發(fā)生二次發(fā)泡，使得介電常數(shù)不易控制，均勻性降低。另外，發(fā)泡材料在模具冷卻后發(fā)生收 縮，從而導(dǎo)致在拼裝時(shí)相鄰的球殼之間會(huì)出現(xiàn)空氣間隙，進(jìn)而對(duì)透鏡的性能產(chǎn)生較大影響。 因此，發(fā)泡法存在介電常數(shù)公差難W控制、內(nèi)部不易均勻等難W克服的問題。
[0013] 龍伯球作為一種電介質(zhì)無源器件，具有體積小、重量輕、雷達(dá)截面積大、方向圖和 頻譜寬度大的優(yōu)點(diǎn)，但其制作工藝難度高、過程繁瑣耗時(shí)、成本高、產(chǎn)品一致性差，限制了其 推廣和應(yīng)用。
[0014] 龍伯透鏡反射器是一種能將入射電磁波聚焦并沿入射線原軌跡反射回去的電介 質(zhì)球形裝置，可W作為例如無源干擾偽裝器材。通常包括龍伯球主體（在本文中有時(shí)也稱 為龍伯球）和表面金屬反射層。龍伯球主體最外層的介電常數(shù)與空氣相近，越靠近球屯、，介 電常數(shù)越大。按金屬反射面的大小，龍伯透鏡反射器可W分為90°、140°和180°等方向 圖寬度的反向器。運(yùn)類反射器可用于例如設(shè)置防雷達(dá)假目標(biāo)和干擾遮障、均衡遮障等場合， 具有體積小、重量輕、雷達(dá)截面積大、方向圖和頻譜寬度大的優(yōu)點(diǎn)，但其制作工藝難度高、過 程繁瑣耗時(shí)、成本高、成品性能一致性差，限制了其推廣和應(yīng)用。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0015] 針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種制作工藝簡單、成本低、使用效果好 的龍伯透鏡反射器及其制作方法。
[0016] 本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0017] 1、一種龍伯透鏡反射器，所述龍伯透鏡反射器包括龍伯球主體和金屬反射層；所 述金屬反射層設(shè)置在所述龍伯球主體的表面上；所述龍伯球主體為半徑為R的完整球體， 并且被設(shè)計(jì)為包括介電常數(shù)彼此不同的η個(gè)同屯、層，球屯、層表示為第1層，第2個(gè)至第η個(gè) 同屯、層按照半徑由小到大的順序依次表示為第2個(gè)同屯、層至第η個(gè)同屯、層，其中，η為不小 于3的整數(shù)，ri為球屯、層半徑；r。等于R ;r 1為第i個(gè)同屯、層的半徑；優(yōu)選的是，r 1為第i個(gè) 同屯、層的外表面半徑1·。;和內(nèi)表面半徑r。的平均值r Ai;l《i《η ;其特征在于：
[001引所述η個(gè)同屯、層中的第i個(gè)同屯、層的平均介電常數(shù)ε 1= 2-bi/R)2，所述η個(gè)同 屯、層中的至少一個(gè)同屯、層分布有空腔；
[0019] 所述η個(gè)同屯、層中具有空腔的每一個(gè)同屯、層中的空腔體積分?jǐn)?shù)被設(shè)計(jì)成使得該 同屯、層的平均介電常數(shù)=該同屯、層材料的介電常數(shù)X (1-該同屯、層中全部空腔的體積分 數(shù)）+該同屯、層空腔中介質(zhì)的介電常數(shù)