專利名稱：多波束介質(zhì)柱透鏡天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透鏡天線，尤其涉及一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線。
背景技術(shù)：
隨著微波技術(shù)的飛速發(fā)展，通信在軍事和民用中的核心支撐作用越來越明顯，而現(xiàn)在天線成了制約通信發(fā)展的最重要一環(huán)。無論是軍用還是民用，信息都是重要的組成部分，保持隨時(shí)隨地通信通暢，成了必要的要求。透鏡天線是最常用的微波天線之一，和反射面天線相比，透鏡無遮擋且可較方便地實(shí)現(xiàn)掃描，而且容易做到較大角度范圍的掃描和足夠的增益平坦性。在多模共口徑天線和多波束天線應(yīng)用中，透鏡更具優(yōu)勢。天線實(shí)現(xiàn)多波束形成的類型有相控陣天線和多波束天線兩種。國內(nèi)一般采用相控陣天線，對(duì)多波束天線的研制還不多。多波束天線利用同一天線口徑形成多個(gè)獨(dú)立且相互重疊的窄波束，雖然其調(diào)零分辨率不及相控陣天線，但它可以實(shí)現(xiàn)波束的最佳空域覆蓋，而相控陣需要大量集成移相器、功分器或定向耦合器，實(shí)現(xiàn)起來非常復(fù)雜。在現(xiàn)有的可檢索的專利中，都有各自無法彌補(bǔ)的缺陷。例如，ZL專利號(hào)為 97104401. 5名為改進(jìn)介質(zhì)透鏡減少內(nèi)反射波干擾的透鏡天線的專利文件，公開了一種一面為平面，另一面為旋轉(zhuǎn)雙曲面的透鏡天線，該透鏡天線的實(shí)現(xiàn)難度在于旋轉(zhuǎn)雙曲面。授權(quán)公告號(hào)為CN101098050B名為無線電波透鏡天線裝置的專利文件，以及申請?zhí)枮?200480008809. 3同樣名為無線電波透鏡天線裝置的專利文件，都采用了球形龍伯透鏡，但是體積問題以及加工精度是不可忽視的問題。申請公告號(hào)位CN101699659A名為一種透鏡天線的專利文件，以及公開號(hào)為CN101587990A名為基于人工電磁材料的寬帶圓柱形透鏡天線，都采用了圓柱形透鏡天線，但是他們的透鏡材料為人工合成，加工異常復(fù)雜，成本較尚ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線?！N多波束介質(zhì)柱透鏡天線包括介質(zhì)柱透鏡、金屬平板波導(dǎo)、天線部分和饋源部分；介質(zhì)柱透鏡包括矩形介質(zhì)和半圓形介質(zhì)，矩形介質(zhì)的寬度等于半圓形介質(zhì)的直徑，矩形介質(zhì)與半圓形介質(zhì)的高度相等，金屬平板波導(dǎo)設(shè)有上下兩個(gè)金屬平板，金屬平板波導(dǎo)的金屬平板與介質(zhì)柱透鏡的形狀相同，天線部分包括處于中間的介質(zhì)基板、介質(zhì)基板一側(cè)的貼片天線陣列和介質(zhì)基板另一側(cè)的耦合縫隙陣列，貼片天線陣列是8個(gè)矩形貼片并行構(gòu)成， 耦合縫隙陣列是在金屬貼層上與貼片天線陣列中的8個(gè)矩形貼片一一對(duì)應(yīng)的8個(gè)矩形開槽，饋源部分包括處于中間的介質(zhì)基板、介質(zhì)基板內(nèi)側(cè)面的耦合縫隙陣列和介質(zhì)基板外側(cè)面的L型微帶饋線陣列，饋源部分的耦合縫隙陣列與天線部分的耦合縫隙陣列形狀相同并貼合，L型微帶饋線陣列是由8路L型微帶饋線構(gòu)成，L型微帶饋線陣列的一路L型微帶饋線均與耦合縫隙陣列的一個(gè)矩形開槽相對(duì)應(yīng)。
另一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線包括介質(zhì)柱透鏡、金屬平板波導(dǎo)、天線部分、饋源部分和喇叭口 ；介質(zhì)柱透鏡包括矩形介質(zhì)和半圓形介質(zhì)，矩形介質(zhì)的寬度的直徑等于半圓形介質(zhì)，矩形介質(zhì)與半圓形介質(zhì)的高度相等，金屬平板波導(dǎo)設(shè)有上下兩個(gè)金屬平板，金屬平板波導(dǎo)的金屬平板與介質(zhì)柱透鏡的形狀相同，喇叭口的一端接金屬平板波導(dǎo)，喇叭口的另一端向外張開，喇叭口的上下金屬板均為半圓環(huán)，天線部分包括處于中間的介質(zhì)基板、介質(zhì)基板一側(cè)的貼片天線陣列和介質(zhì)基板另一側(cè)的耦合縫隙陣列，貼片天線陣列是8個(gè)矩形貼片并行構(gòu)成，耦合縫隙陣列是在金屬貼層上與貼片天線陣列中的8個(gè)矩形貼片一一對(duì)應(yīng)的8 個(gè)矩形開槽，饋源部分包括處于中間的介質(zhì)基板、介質(zhì)基板內(nèi)側(cè)面的耦合縫隙陣列和介質(zhì)基板外側(cè)面的L型微帶饋線陣列，饋源部分的耦合縫隙陣列與天線部分的耦合縫隙陣列形狀相同并貼合，L型微帶饋線陣列是由8路L型微帶饋線構(gòu)成，L型微帶饋線陣列的一路L 型微帶饋線均與耦合縫隙陣列的一個(gè)矩形開槽相對(duì)應(yīng)。所述的介質(zhì)柱透鏡的材料為聚苯乙烯，介質(zhì)基板的材料為RT/Duroid 5880或者RT/Duroid 5870。所述的介質(zhì)柱透鏡的厚度在半波長到一個(gè)波長之間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是首先，口徑效率高，旁瓣和后瓣較低， 它的波束寬度在水平面和俯仰面上可以分別做到很窄和很寬，定向性好，增益高，掃描范圍大。其次，結(jié)構(gòu)簡單小巧，無精密曲線，僅為簡單常見結(jié)構(gòu)的幾何疊加，故利于加工。再次， 所用材料均為常見材料，如金屬、聚苯乙烯，故成本低，卻能帶來高的性能，性價(jià)比極高。本發(fā)明可用于需要掃描范圍大的情況，例如77GHZ的汽車防撞雷達(dá)中，也可用于工作條件多變較差的情況，如軍用設(shè)備以及衛(wèi)星通信中。


圖1是一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1橫截面剖的俯視圖3是圖1中一個(gè)饋電和天線單元的正視圖； 圖4是另一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是圖4的側(cè)視圖； 圖6是圖4的正視圖； 圖7是圖4的俯視圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線包括介質(zhì)柱透鏡1、金屬平板波導(dǎo)2、天線部分3和饋源部分4 ；介質(zhì)柱透鏡1包括矩形介質(zhì)11和半圓形介質(zhì)12，矩形介質(zhì)11的寬度等于半圓形介質(zhì)12的直徑，矩形介質(zhì)11與半圓形介質(zhì)12的高度相等，金屬平板波導(dǎo)2 設(shè)有上下兩個(gè)金屬平板，金屬平板波導(dǎo)2的金屬平板與介質(zhì)柱透鏡1的形狀相同，天線部分 3包括處于中間的介質(zhì)基板31、介質(zhì)基板31 —側(cè)的貼片天線陣列32和介質(zhì)基板31另一側(cè)的耦合縫隙陣列33，貼片天線陣列32是8個(gè)矩形貼片并行構(gòu)成，耦合縫隙陣列33是在金屬貼層上與貼片天線陣列32中的8個(gè)矩形貼片一一對(duì)應(yīng)的8個(gè)矩形開槽，饋源部分4包括處于中間的介質(zhì)基板41、介質(zhì)基板41內(nèi)側(cè)面的耦合縫隙陣列42和介質(zhì)基板41外側(cè)面的L 型微帶饋線陣列43，饋源部分4的耦合縫隙陣列42與天線部分3的耦合縫隙陣列33形狀相同并貼合，L型微帶饋線陣列43是由8路L型微帶饋線構(gòu)成，L型微帶饋線陣列43的一路L型微帶饋線均與耦合縫隙陣列42的一個(gè)矩形開槽相對(duì)應(yīng)。如圖3所示，饋電可以由金屬平板波導(dǎo)2的下層金屬平板上的SMA頭饋入微帶饋線陣列43，通過耦合縫隙陣列42的縫隙耦合到貼片天線陣列32上，貼片天線陣列32就是介質(zhì)柱透鏡1的饋源天線。所述的多波束介質(zhì)柱透鏡天線中介質(zhì)柱透鏡1和介質(zhì)基板31的材料的相對(duì)介電常數(shù)相近，這樣就可以減小表面波的影響。典型的例如透鏡材料可以選取聚苯乙烯 Sr = 2.54,而介質(zhì)基板31的材料
可以選取RT/Duroid 5880 εγ = 2.2 ,或者RT/Duroid 5870 = 2.33。所述的多波束介質(zhì)柱
透鏡天線，其特征在于所述的介質(zhì)柱透鏡1的厚度在半波長到一個(gè)波長之間。這樣可以減小平行板波導(dǎo)帶來的導(dǎo)體損耗。如圖4、5、6、7所示，另一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線包括介質(zhì)柱透鏡1、金屬平板波導(dǎo)2、天線部分3、饋源部分4和喇叭口 5 ；介質(zhì)柱透鏡1包括矩形介質(zhì)11和半圓形介質(zhì)12， 矩形介質(zhì)11的寬度的直徑等于半圓形介質(zhì)12，矩形介質(zhì)11與半圓形介質(zhì)12的高度相等， 金屬平板波導(dǎo)2設(shè)有上下兩個(gè)金屬平板，金屬平板波導(dǎo)2的金屬平板與介質(zhì)柱透鏡1的形狀相同，喇叭口 5的一端接金屬平板波導(dǎo)2，喇叭口 5的另一端向外張開，喇叭口 5的上下金屬板均為半圓環(huán)，天線部分3包括處于中間的介質(zhì)基板31、介質(zhì)基板31 —側(cè)的貼片天線陣列32和介質(zhì)基板31另一側(cè)的耦合縫隙陣列33，貼片天線陣列32是8個(gè)矩形貼片并行構(gòu)成，耦合縫隙陣列33是在金屬貼層上與貼片天線陣列32中的8個(gè)矩形貼片一一對(duì)應(yīng)的8個(gè)矩形開槽，饋源部分4包括處于中間的介質(zhì)基板41、介質(zhì)基板41內(nèi)側(cè)面的耦合縫隙陣列42 和介質(zhì)基板41外側(cè)面的L型微帶饋線陣列43，饋源部分4的耦合縫隙陣列42與天線部分 3的耦合縫隙陣列33形狀相同并貼合，L型微帶饋線陣列43是由8路L型微帶饋線構(gòu)成， L型微帶饋線陣列43的一路L型微帶饋線均與耦合縫隙陣列42的一個(gè)矩形開槽相對(duì)應(yīng)。喇叭口的添加是為了限制該多波束介質(zhì)柱透鏡天線在俯仰面上的波束寬度，增加該透鏡天線的方向性。所述的多波束介質(zhì)柱透鏡天線中介質(zhì)柱透鏡1和介質(zhì)基板31的材料的相對(duì)介電常數(shù)相近，這樣就可以減小表面波的影響。典型的例如透鏡材料可以選取聚苯乙烯ε7 = 2.54 ,而介質(zhì)基板31的材料可以選取RT/Duroid 5880 er = 2.2，或者RT/Duroid
5870 er = 2.33。所述的多波束介質(zhì)柱透鏡天線，其特征在于所述的介質(zhì)柱透鏡1的厚度在
半波長到一個(gè)波長之間。這樣可以減小平行板波導(dǎo)帶來的導(dǎo)體損耗。以上是本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以通過應(yīng)用本發(fā)明公開的方法以及發(fā)明中提到的一些替代方式制作出本透鏡型天線罩。本發(fā)明僅是一種特殊材料的較佳實(shí)例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限定，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾為等同變化的等效實(shí)例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。本發(fā)明可用于需要掃描范圍大的情況，例如77GHz的汽車防撞雷達(dá)中，也可用于工作條件多變較差的情況，如軍用設(shè)備以及衛(wèi)星通信中。
權(quán)利要求
1.一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線，其特征在于包括介質(zhì)柱透鏡(1)、金屬平板波導(dǎo)(2)、 天線部分(3)和饋源部分(4);介質(zhì)柱透鏡(1)包括矩形介質(zhì)(11)和半圓形介質(zhì)(12)，矩形介質(zhì)(11)的寬度等于半圓形介質(zhì)(12)的直徑，矩形介質(zhì)(11)與半圓形介質(zhì)(12)的高度相等，金屬平板波導(dǎo)(2 )設(shè)有上下兩個(gè)金屬平板，金屬平板波導(dǎo)(2 )的金屬平板與介質(zhì)柱透鏡 (1)的形狀相同，天線部分(3)包括處于中間的介質(zhì)基板(31)、介質(zhì)基板(31)—側(cè)的貼片天線陣列(32)和介質(zhì)基板(31)另一側(cè)的耦合縫隙陣列(33)，貼片天線陣列(32)是8個(gè)矩形貼片并行構(gòu)成，耦合縫隙陣列(33)是在金屬貼層上與貼片天線陣列(32)中的8個(gè)矩形貼片一一對(duì)應(yīng)的8個(gè)矩形開槽，饋源部分(4)包括處于中間的介質(zhì)基板(41)、介質(zhì)基板(41)內(nèi)側(cè)面的耦合縫隙陣列(42)和介質(zhì)基板(41)外側(cè)面的L型微帶饋線陣列(43)，饋源部分(4) 的耦合縫隙陣列(42)與天線部分(3)的耦合縫隙陣列(33)形狀相同并貼合，L型微帶饋線陣列(43)是由8路L型微帶饋線構(gòu)成，L型微帶饋線陣列(43)的一路L型微帶饋線均與耦合縫隙陣列(42)的一個(gè)矩形開槽相對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波束介質(zhì)柱透鏡天線，其特征在于所述的介質(zhì)柱透鏡(1) 的材料為聚苯乙烯，介質(zhì)基板(31)的材料為RT/Duroid 5880或者RT/Duroid 5870。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多波束介質(zhì)柱透鏡天線，其特征在于所述的介質(zhì)柱透鏡(1) 的厚度在半波長到一個(gè)波長之間。
4.一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線，其特征在于包括介質(zhì)柱透鏡(1)、金屬平板波導(dǎo)(2)、 天線部分(3)、饋源部分(4)和喇叭口(5);介質(zhì)柱透鏡(1)包括矩形介質(zhì)(11)和半圓形介質(zhì) (12)，矩形介質(zhì)(11)的寬度的直徑等于半圓形介質(zhì)(12)，矩形介質(zhì)(11)與半圓形介質(zhì)(12) 的高度相等，金屬平板波導(dǎo)(2)設(shè)有上下兩個(gè)金屬平板，金屬平板波導(dǎo)(2)的金屬平板與介質(zhì)柱透鏡(1)的形狀相同，喇叭口(5)的一端接金屬平板波導(dǎo)(2)，喇叭口(5)的另一端向外張開，喇叭口(5)的上下金屬板均為半圓環(huán)，天線部分(3)包括處于中間的介質(zhì)基板(31)、 介質(zhì)基板(31)—側(cè)的貼片天線陣列(32)和介質(zhì)基板(31)另一側(cè)的耦合縫隙陣列(33)，貼片天線陣列(32)是8個(gè)矩形貼片并行構(gòu)成，耦合縫隙陣列(33)是在金屬貼層上與貼片天線陣列(32)中的8個(gè)矩形貼片一一對(duì)應(yīng)的8個(gè)矩形開槽，饋源部分(4)包括處于中間的介質(zhì)基板(41)、介質(zhì)基板(41)內(nèi)側(cè)面的耦合縫隙陣列(42)和介質(zhì)基板(41)外側(cè)面的L型微帶饋線陣列(43)，饋源部分(4)的耦合縫隙陣列(42)與天線部分(3)的耦合縫隙陣列(33)形狀相同并貼合，L型微帶饋線陣列(43)是由8路L型微帶饋線構(gòu)成，L型微帶饋線陣列(43) 的一路L型微帶饋線均與耦合縫隙陣列(42)的一個(gè)矩形開槽相對(duì)應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多波束介質(zhì)柱透鏡天線，其特征在于所述的介質(zhì)柱透鏡(1) 的材料為聚苯乙烯，介質(zhì)基板(31)的材料為RT/Duroid 5880或者RT/Duroid 5870。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多波束介質(zhì)柱透鏡天線，其特征在于所述的介質(zhì)柱透鏡(1) 的厚度在半波長到一個(gè)波長之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多波束介質(zhì)柱透鏡天線。它包括介質(zhì)柱透鏡、金屬平板波導(dǎo)、天線部分和饋源部分，金屬平板波導(dǎo)設(shè)有上下兩個(gè)金屬平板，天線部分包括處于中間的介質(zhì)基板、介質(zhì)基板一側(cè)的貼片天線陣列和介質(zhì)基板另一側(cè)的耦合縫隙陣列，貼片天線陣列是8個(gè)矩形貼片并行構(gòu)成，饋源部分包括處于中間的介質(zhì)基板、介質(zhì)基板內(nèi)側(cè)面的耦合縫隙陣列和介質(zhì)基板外側(cè)面的L型微帶饋線陣列，饋源部分的耦合縫隙陣列與天線部分的耦合縫隙陣列形狀相同并貼合，L型微帶饋線陣列是由8路L型微帶饋線構(gòu)成，L型微帶饋線陣列的一路L型微帶饋線均與耦合縫隙陣列的一個(gè)矩形開槽相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、重量輕、掃描范圍大、成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q19/06GK102176538SQ201110028199
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者吳慧嫻, 吳錫東, 周金芳, 朱道虹, 楊楠, 王中元 申請人:浙江大學(xué)