一種毫米波透鏡天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體涉及一種毫米波透鏡天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 60GHz毫米波無線通信具有頻寬大、傳輸速率快、安全性和抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，將 成為室內(nèi)無線接入、汽車?yán)走_(dá)、醫(yī)療成像等領(lǐng)域的應(yīng)用熱點(diǎn)。2013年，"國家863計(jì)劃"已將 60GHz毫米波無線通信列入2014、2015及2016年的重大科研計(jì)劃。但如何在60G化毫米波 頻段實(shí)現(xiàn)寬波束高增益定向福射，該是一個(gè)至今尚未解決好的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問題是，提供一種毫米波透鏡天線，用于解決如何在 60GHz毫米波頻段實(shí)現(xiàn)寬波束高增益定向福射的問題。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種毫米波透鏡天線，包括透鏡、基座、微帶福 射天線陣、平面縫隙陣、微帶饋線陣，所述基座包括從上到下依次設(shè)置的第一基座層、第二 基座層、第H基座層和第四基座層；所述透鏡設(shè)置在所述第一基座層上，所述微帶福射天線 陣、平面縫隙陣、微帶饋線陣分別對應(yīng)設(shè)置在所述第一基座層與所述第二基座層、所述第二 基座層與所述第H基座層、所述第H基座層與所述第四基座層之間；所述微帶饋線陣通過 所述平面縫隙陣激勵所述微帶福射天線陣進(jìn)行福射；所述透鏡用于將所述微帶福射天線陣 福射的電磁波進(jìn)行定向福射。
[0005] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述微帶福射天線陣、平面縫隙陣、微帶饋線陣均為面 陣列。
[0006] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述微帶福射天線陣包括的微帶福射天線個(gè)數(shù)與所述 平面縫隙陣包括的平面縫隙個(gè)數(shù)和所述微帶饋線陣包括的微帶饋線個(gè)數(shù)相同。
[0007] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述微帶福射天線陣包括的各微帶福射天線與所述平 面縫隙陣包括的各平面縫隙和所述微帶饋線陣包括的各微帶饋線在所述基座上對應(yīng)設(shè)置。
[0008] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述微帶福射天線陣的各微帶福射天線的幾何中也、 所述平面縫隙陣的各平面縫隙的幾何中也和所述微帶饋線陣的各微帶饋線的幾何中也均 分布在所屬平面上的同一圓周上。
[0009] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，在基座上位置對應(yīng)的微帶福射天線和平面縫隙的幾何 中也處于與同一條與該平面縫隙垂直的線上。
[0010] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，在基座上位置對應(yīng)的微帶福射天線、平面縫隙和微帶 饋線的幾何中也處于與同一該平面縫隙垂直的平面上。
[0011] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述微帶福射天線陣包括的微帶福射天線個(gè)數(shù)、所述 平面縫隙陣包括的平面縫隙個(gè)數(shù)和所述微帶饋線陣包括的微帶饋線個(gè)數(shù)均為4個(gè)。
[0012] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述微帶福射天線陣包括的4個(gè)微帶福射天線、所述 平面縫隙陣包括的4個(gè)平面縫隙和所述微帶饋線陣包括的4個(gè)微帶饋線在所屬平面上均呈 "田"字分布。
[0013] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述微帶福射天線、平面縫隙和微帶饋線均為具有相 互垂直的長度方向和寬度方向的長條形；在基座上位置對應(yīng)的微帶福射天線、平面縫隙和 微帶饋線中，微帶福射天線和平面縫隙的長度方向均與微帶饋線的長度方向垂直。
[0014] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述在基座上設(shè)置的平面縫隙的幾何中也到所述透鏡 軸線的距離根據(jù)波束掃描寬度和增益值進(jìn)行確定。
[0015] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述第一基座層與所述第四基座層的厚度相同，所述 第二基座層與所述第H基座層的厚度相同。
[0016] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述透鏡包括透鏡部和與該透鏡部連接的延伸部，所 述透鏡部為圓球形或楠圓球形透鏡部；所述延伸部為圓柱形延伸部。
[0017] 在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，透鏡部為圓球形透鏡部時(shí)，該圓球形透鏡部的半徑R 與所述延伸部的長度L的比值為4。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：
[0019] 本發(fā)明提供的毫米波透鏡天線包括透鏡、基座、微帶福射天線陣、平面縫隙陣、微 帶饋線陣，其中，基座包括從上到下依次設(shè)置的第一基座層、第二基座層、第H基座層和第 四基座層；透鏡設(shè)置在第一基座層上，微帶福射天線陣、平面縫隙陣、微帶饋線陣分別對應(yīng) 設(shè)置在第一基座層與第二基座層、第二基座層與第H基座層、第H基座層與第四基座層之 間；本發(fā)明中提供的該種結(jié)構(gòu)的毫米微波透明天線，微帶饋線陣可通過平面縫隙陣激勵微 帶福射天線陣進(jìn)行福射，在通過透鏡對福射的電磁波進(jìn)行定向福射處理，因此可在得到高 增益寬波束的同時(shí)，對該寬波束實(shí)現(xiàn)定向福射，很好的解決了現(xiàn)有在60GHz毫米波頻段不 能實(shí)現(xiàn)寬波束高增益定向福射的問題。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例二中毫米波透鏡天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例二中毫米波透鏡天線的各陣列的分布示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例二中毫米波透鏡天線的回波損耗性能測試示意圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例二中毫米波透鏡天線在60GHz處、地i=0°時(shí)的方向圖示意 圖；
[0024] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例二中毫米波透鏡天線在60GHz處、地i=90°時(shí)的方向圖示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]本發(fā)明提供的毫米波透鏡天線可應(yīng)用于60GHz毫米波通信，其包括透鏡、基座、微 帶福射天線陣、平面縫隙陣、微帶饋線陣，其中，基座包括從上到下依次設(shè)置的第一基座層、 第二基座層、第H基座層和第四基座層；透鏡設(shè)置在第一基座層上，微帶福射天線陣、平面 縫隙陣、微帶饋線陣分別對應(yīng)設(shè)置在第一基座層與第二基座層、第二基座層與第H基座層、 第H基座層與第四基座層之間；本發(fā)明中提供的該種結(jié)構(gòu)的毫米微波透明天線，微帶饋線 陣可通過平面縫隙陣激勵微帶福射天線陣進(jìn)行福射，在通過透鏡對福射的電磁波進(jìn)行定向 福射處理，因此可在得到高增益寬波束的同時(shí)，對該寬波束實(shí)現(xiàn)定向福射。經(jīng)測試，本發(fā)明 提供的毫米波透鏡天線在57. 5-66GHZ的工作頻段內(nèi)，回波損耗均小于-10化，且其增益值 大于l(Mbi的波束寬度可達(dá)35度。下面通過【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳 細(xì)說明。
[0026] 實(shí)施例一：
[0027] 本實(shí)施例提供的毫米波透鏡天線包括透鏡、基座、微帶福射天線陣、平面縫隙陣、 微帶饋線陣。本實(shí)施例中，基座主要用于為透鏡、微帶福射天線陣、平面縫隙陣、微帶饋線陣 提供物理支撐，其具體可包括從上到下依次設(shè)置的第一基座層、第二基座層、第H基座層和 第四基座層；透鏡設(shè)置在第一基座層上，具體可設(shè)置在第一基座層的上表面，也可通過與第 一基座層的側(cè)壁連接固定在第一基座層上。微帶福射天線陣、平面縫隙陣、微帶饋線陣分別 對應(yīng)設(shè)置在第一基座層與第二基座層、第二基座層與第H基座層、第H基座層與第四基座 層之間；也即在第一基座層與第二基座層之間設(shè)置微帶福射天線陣，在第二基座層與第H 基座層之間設(shè)置平面縫隙陣，第H基座層與第四基座層之間設(shè)置微帶饋線陣，該樣的設(shè)置 可使微帶饋線陣通過平面縫隙陣激勵微帶福射天線陣進(jìn)行福射，透鏡則用于將微帶福射天 線陣福射的電磁波進(jìn)行定向福射，W達(dá)到在得到高增益寬波束的同時(shí)，對該寬波束實(shí)現(xiàn)定 向福射的目的。
[0028] 本實(shí)施例中的透鏡可用于對福射出的電池波進(jìn)行重定向處理，具有通過改變置于 透鏡平面上面的天線類型或者面天線到透鏡中也軸線的距離達(dá)到波束掃面效果的能力。本 實(shí)施例中的透鏡包括透鏡部和與該透鏡部連接的延伸部，透鏡部為圓球形或楠圓球形透鏡 部，也即本實(shí)施例中的透鏡可為楠球透鏡或準(zhǔn)半球透鏡；本實(shí)施例中的延伸部優(yōu)選為圓柱 形延伸部。當(dāng)本選用準(zhǔn)半球透鏡時(shí)，圓球形透鏡部的半徑R與延伸部的長度L的比值優(yōu)選 為4 ;當(dāng)然，該比值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇設(shè)定。
[0029] 本實(shí)施例中，透鏡的透鏡部和延伸部的選用同一種材料，為了減少波傳播過程中 的損耗，介質(zhì)透鏡材料優(yōu)選低導(dǎo)電率的材料；另一方面，在無線通信系統(tǒng)中更趨于向于選擇 高介電常數(shù)的材料。綜上考慮，本實(shí)施例中可優(yōu)選娃材料制造透鏡，其介電常數(shù)￡=11.7， 折射率/? = =V'TTj>1。同時(shí)，為了保證聚焦特征，本實(shí)施例選離也率1與介質(zhì)介電常數(shù) ￡達(dá)到某一比例的楠球透鏡，該一比例關(guān)系即為/ = 實(shí)際中為了加工方便，選用擴(kuò)展 V&' 的準(zhǔn)半球形透鏡。擴(kuò)展后的準(zhǔn)半球透鏡接近楠球透鏡，該樣的透鏡可W將放置在其焦點(diǎn)上 的天線福射出的球面波在天線的遠(yuǎn)場區(qū)轉(zhuǎn)化為定向波束。
[0030] 本實(shí)施例中，基座具體可為尺寸和大小與透鏡的延伸部相匹配的圓柱基座，也即 地包括的第一基座層、第二基座層、第H基座層和第四基座層也都為圓柱形基座層，且基座 層可采用相同的介質(zhì)材料。本實(shí)施例中，可進(jìn)一步設(shè)置第一基座層與第四基座層的厚度相 同，第二基座層與第H基座層的厚度相同；優(yōu)選設(shè)置第二基座層和第H基座層厚度可為第 一基座層和第二基座層的厚度的兩倍。本實(shí)施例中，第一基座層、第二基座層、第H基座層 和第四基座層的半徑優(yōu)選與透鏡的圓球形透鏡部的半徑相同。
[0031] 在本實(shí)施例中，微帶福射天線陣、平面縫隙陣、微帶饋線陣優(yōu)選均為面陣列。當(dāng)然， 對于一些特定的應(yīng)用場景，也可將微帶福射天線陣、平面縫隙陣、微帶饋線陣都設(shè)置為線陣 列。本實(shí)施例中的面陣列是指陣列中的各元素的分布并不是沿著一條直線分布的，而線陣 列則是指陣列中的各元素的分布是沿著一條直線分布的。同時(shí)，為了保證天線采集信號的 充分性和完整性，本實(shí)施例中設(shè)置微帶福射天線陣包括的微帶福射天線個(gè)數(shù)與平面縫隙陣 包括的平面縫隙個(gè)數(shù)和微帶饋線陣包括的微帶饋線個(gè)數(shù)相同。且可優(yōu)選都設(shè)置為偶數(shù)個(gè)， 例如4個(gè)、8個(gè)等，具體個(gè)數(shù)可根據(jù)具體的應(yīng)用場景選擇設(shè)置。
[0032] 本實(shí)施例中，優(yōu)選設(shè)置微帶福射天線陣包括的各微帶福射天線與平面縫隙陣包括 的各平面縫隙和微帶饋線陣包括的各微帶饋線在基座上對應(yīng)設(shè)置，該對應(yīng)可為一一對應(yīng)， 即一個(gè)微帶福射天線對應(yīng)一個(gè)平面縫隙和一個(gè)微帶饋線。例如，假設(shè)微帶福射天線陣包括 的微帶福射天線個(gè)數(shù)、平面縫隙陣包括的平面縫隙個(gè)數(shù)和微帶饋線陣包括的微帶饋線個(gè)數(shù) 都是4個(gè)時(shí)，則將上述陣列的所有元素分為4組，每一組包括一個(gè)微帶福射天線、平面縫隙 和微帶饋線，且每一組包括的微帶福射天線、平面縫隙和微帶饋線在基座上設(shè)置的位置分 別對應(yīng)。優(yōu)選設(shè)置在基座上位置對應(yīng)的微帶福射天線和