一種透鏡接收天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種透鏡接收天線，將兩個厚度均勻的凸透鏡天線、一個圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線依次放置在同一軸平面上，將饋源天線放置在圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線之后。將金屬支桿的一端連接伺服控制模塊帶動的驅(qū)動圓盤中心軸，另一端連接圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線的中心軸。饋源天線后端接入圖像接收處理模塊。本發(fā)明只用單一的厚度均勻變化的透鏡天線以均勻速度繞透鏡的軸中心進行周期性旋轉(zhuǎn)就可以進行目標物體的掃描成像，前置的兩個凸透鏡實現(xiàn)了將分散的波束進行聚集實現(xiàn)了目標物體成像的完整性，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，圖像質(zhì)量好，成像時間短，在一定范圍內(nèi)物體的快速實時成像。增加了視場范圍和分辨率。
【專利說明】
一種透鏡接收天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及透鏡天線，尤其涉及一種透鏡接收天線，屬于毫米波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展，毫米波成像越來越受到國內(nèi)外等各個領(lǐng)域包括軍事探測，地圖遙感，遠距離探測目標等方面的青睞。在成像系統(tǒng)中，天線對于物體的成像具有很重要的作用。目前大多數(shù)采用的天線是利用天線陣列，球形透鏡或者多饋源進行物體的掃描成像，但是這些方法對于實際應(yīng)用來說設(shè)計麻煩，成本高，不易于進行實際操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題的不足，本發(fā)明提供了一種單一的透鏡天線且結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，節(jié)約成本。適應(yīng)頻率為200GHZ的毫米波成像。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種透鏡接收天線，包括三個介質(zhì)透鏡天線、一個伺服控制模塊、一個饋源天線、一個金屬支桿;三個介質(zhì)透鏡天線包括兩個厚度均勻的凸透鏡天線和一個圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線；
[0005]將兩個厚度均勻的凸透鏡天線、一個圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線依次放置在同一軸平面上，將饋源天線放置在圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線之后。將金屬支桿的一端連接伺服控制模塊帶動的驅(qū)動圓盤中心軸，另一端連接圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線的中心軸。同時，饋源天線后端接入圖像接收處理模塊。
[0006]所述三個介質(zhì)透鏡天線其中兩個為厚度均勻且焦距相同的厚度均勻的凸透鏡天線，另一個為厚度不均勻的平凸透鏡天線。兩個凸透鏡天線的焦距要小于平凸透鏡天線焦距。
[0007]所述厚度不均勻的平凸透鏡天線，其厚度沿圓周方向呈現(xiàn)均勻的厚度變化，使其沿著圓周方向順時針從O度到180度的折射率從2到I均勻的變化，從180度到360度的折射率從I到2均勻的變化。
[0008]所述的兩個厚度均勻的凸透鏡天線依次放置且兩透鏡天線之間相隔的距離為兩凸透鏡焦距之和，同時厚度均勻變化的平凸透鏡天線的凸面對著前面的凸透鏡天線，且厚度均勻變化的平凸透鏡與厚度均勻的凸透鏡天線之間的距離相隔為大于等于平凸透鏡天線的凸面焦距。根據(jù)波長公式計算出頻率為200GHZ的毫米波的波長為1.5mm，所以要求各透鏡天線的半徑、焦距至少要求為15mm。所述饋源天線的焦距口徑比要接近于I。
[0009]所述的伺服控制模塊主要用于通過控制步進電機帶動驅(qū)動圓盤進行周期性的均勻速度進行旋轉(zhuǎn)。進而帶動平凸透鏡天線進行周期性勻速旋轉(zhuǎn)，所述的兩個厚度均勻的凸透鏡天線則靜止不動。
[0010]所述的伺服模塊包括步進電機、電機驅(qū)動器、電源保護器、同步帶；步進電機通過同步帶與驅(qū)動圓盤連接，通過步進電機的勾速順時針轉(zhuǎn)動帶動金屬支桿轉(zhuǎn)動，從而帶動厚度呈現(xiàn)均勻變化的平凸透鏡天線進行周期性勻速轉(zhuǎn)動，所述的步進電機由電機驅(qū)動器直接控制，電機驅(qū)動器連接電源保護器，電源保護器中裝有電源保護系統(tǒng)，從而保護整個系統(tǒng)的運作。
[0011]所述的饋源天線是由單一的喇叭饋源天線制成，將該饋源天線放置在厚度均勻變化的平凸透鏡天線的凸面焦距的焦平面上，組成完整的介質(zhì)透鏡接收天線。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0013]本發(fā)明的毫米波接收透鏡天線，只用單一的厚度均勻變化的透鏡天線以均勻速度繞透鏡的軸中心進行周期性旋轉(zhuǎn)就可以進行目標物體的掃描成像，前置的兩個凸透鏡實現(xiàn)了將分散的波束進行聚集實現(xiàn)了目標物體成像的完整性，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，圖像質(zhì)量好，成像時間短，在一定范圍內(nèi)物體的快速實時成像。增加了視場范圍和分辨率
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是接收天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖3是厚度均勻變化的平凸透鏡的剖視圖；
[0017]圖4是厚度均勻變化的透鏡天線與伺服模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中:1、厚度均勻的凸透鏡天線，2、圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線，3、伺服模塊，4、饋源天線，5、金屬支桿，6、同步帶，7、驅(qū)動圓盤。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施對本發(fā)明做進一步的說明。
[0020]本發(fā)明要求的平凸透鏡天線的厚度沿圓周方向進行的均勻變化，另外兩個凸透鏡天線要求厚度呈現(xiàn)均勻不變且凸透鏡的焦距要比平凸透鏡的焦距要小，通過厚度曲率的變化使透鏡的折射率從O度的2到180度的I再到360度的2進行連續(xù)的均勻變化。根據(jù)理論可知，凸透鏡天線對于電磁波具有匯聚的作用，經(jīng)過透鏡能夠匯聚到一點。因此前置的兩個凸透鏡天線的作用是使分散的有效的電磁波經(jīng)過該透鏡變的密集以至于能夠?qū)⒛繕宋矬w反射的絕大部分的有效電磁波可以透過厚度呈現(xiàn)均勻變化的平凸透鏡天線。電磁波平行穿過凸透鏡匯聚在凸透鏡的焦點上再經(jīng)過一次凸透鏡天線使其能夠成平行波穿過后置的平凸透鏡，厚度均勻變化的平凸透鏡的凸面朝向前一個透鏡。本發(fā)明通過步進電機帶動驅(qū)動圓盤連接的金屬支桿沿圓周進行周期性勻速轉(zhuǎn)動從而帶動厚度均勻變化的平凸透鏡周期性的勻速旋轉(zhuǎn)，對目標物體不同的點的進行掃描，從而實現(xiàn)物體的成像，降低整個系統(tǒng)的成本，通過改進伺服模塊中步進電機的轉(zhuǎn)動速度可以控制成像的速度，通過研究發(fā)現(xiàn)，步進電機的速度最好控制在3轉(zhuǎn)每秒。采用準光學法即射線追蹤法估算出厚度均勻變化的平凸透鏡的最佳饋源位置即電磁波經(jīng)平凸透鏡所匯聚的焦點的位置即焦平面，然后將饋源天線的相位中心與該厚度均勻變化的平凸透鏡天線的焦點位置重合，組成焦平面陣列，從而提高了天線的孔徑效率，更好的進行實時成像。同樣采用射線追蹤法估算出兩個厚度均勻的凸透鏡的天線的焦點，將兩個凸透鏡依次放置在厚度均勻變化的透鏡的前方，兩個凸透鏡之間的距離要求兩凸透鏡焦距之和，中間的凸透鏡天線與平凸透鏡天線之間的距離大于等于I倍的平凸透鏡凸面的焦距，其中各個透鏡的焦距至少為15mm，從而實現(xiàn)頻率為200GHZ的毫米波范圍，有利于增加視場范圍，增加分辨率。為了更好的滿足要求，本發(fā)明將兩個凸透鏡的焦距定為38mm，厚度為20mm，將平凸透鏡的凸面的焦距定為47mm，厚度為30mm，口徑為45mm。兩個凸透鏡之間的距離為76mm，中間的凸透鏡與平凸透鏡的距離為85mm，平凸透鏡與后置的饋源之間的距離為47mm(正好在平凸透鏡凸面的焦點上)。
[0021]如圖1所示，毫米波成像的總體結(jié)構(gòu)，發(fā)射天線發(fā)射電磁波到物體，物體發(fā)射的一部分電磁波經(jīng)過接收天線傳送到后面的接收處理系統(tǒng)進行物體圖像的接收處理等操作。
[0022]如圖2所示，接收天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。它包括一個厚度均勻變化的平凸透鏡天線I，兩個厚度均勻的凸透鏡天線2，一個伺服模塊3，一個饋源天線4。將兩個厚度均勻的凸透鏡I安裝在接收天線系統(tǒng)的前方，其中兩個凸透鏡之間的距離相隔2倍的焦距即76mm，將厚度均勻變化的平凸透鏡天線2放在厚度均勻變化的透鏡天線I的后面，凸面對著前一個透鏡，且三個透鏡放在同一軸平面上。將伺服控制模塊與厚度均勻變化的平凸透鏡的中心軸連接，使之可以通過驅(qū)動厚度均勻變化的平凸透鏡進行順時針的勻速的繞中心軸轉(zhuǎn)動。將饋源天線放在厚度均勻變化的透鏡的焦平面上，饋源天線后面接圖像后續(xù)處理系統(tǒng)。
[0023]如圖3所示，所述的厚度均勻的平凸透鏡天線剖視圖，為方便看圖，將透鏡用曲線劃分，厚度沿圓周方向呈現(xiàn)均勻的變化。
[0024]如圖4所示，所述的伺服模塊與厚度沿圓周均勻變化的平凸透鏡之間的連接，伺服模塊3中的直流電機通過帶動皮帶輪進而帶動驅(qū)動圓盤上的金屬支桿進行順時針的繞中心軸轉(zhuǎn)動從而使厚度均勻變化的平凸透鏡轉(zhuǎn)動實現(xiàn)目標物體的掃描成像。
[0025]所述的伺服模塊的結(jié)構(gòu)簡圖，伺服控制模塊包括電源保護器，同步帶，步進電機，電源保護器保護系統(tǒng)的安全。通過改動直流電機的轉(zhuǎn)速，可以改變透鏡天線的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)對于目標物體掃描成像所用的時間。
[0026]以上是本發(fā)明的【具體實施方式】，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以應(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一種透鏡接收天線。本發(fā)明的厚度沿圓周方向呈現(xiàn)均勻透鏡通過伺服模塊順時針勻速轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)目標物體的多點掃描，實現(xiàn)目標的成像，降低制作成本。
【主權(quán)項】
1.一種透鏡接收天線，其特征在于:該透鏡接收天線包括三個介質(zhì)透鏡天線、一個伺服控制模塊、一個饋源天線、一個金屬支桿;三個介質(zhì)透鏡天線包括兩個厚度均勻的凸透鏡天線和一個圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線； 將兩個厚度均勻的凸透鏡天線、一個圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線依次放置在同一軸平面上，將饋源天線放置在圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線之后;將金屬支桿的一端連接伺服控制模塊帶動的驅(qū)動圓盤中心軸，另一端連接圓周方向厚度變化的平凸透鏡天線的中心軸;同時，饋源天線后端接入圖像接收處理模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述三個介質(zhì)透鏡天線其中兩個為厚度均勻且焦距相同的厚度均勻的凸透鏡天線，另一個為厚度不均勻的平凸透鏡天線;兩個凸透鏡天線的焦距要小于平凸透鏡天線焦距。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述厚度不均勻的平凸透鏡天線，其厚度沿圓周方向呈現(xiàn)均勻的厚度變化，使其沿著圓周方向順時針從O度到180度的折射率從2到I均勻的變化，從180度到360度的折射率從I到2均勻的變化。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述的兩個厚度均勻的凸透鏡天線依次放置且兩透鏡天線之間相隔的距離為兩凸透鏡焦距之和，同時厚度均勻變化的平凸透鏡天線的凸面對著前面的凸透鏡天線，且厚度均勻變化的平凸透鏡與厚度均勻的凸透鏡天線之間的距離相隔為大于等于平凸透鏡天線的凸面焦距;根據(jù)波長公式計算出頻率為200GHZ的毫米波的波長為1.5mm，所以要求各透鏡天線的半徑、焦距至少要求為15mm;所述饋源天線的焦距口徑比要接近于I。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述的伺服控制模塊主要用于通過控制步進電機帶動驅(qū)動圓盤進行周期性的均勻速度進行旋轉(zhuǎn);進而帶動平凸透鏡天線進行周期性勻速旋轉(zhuǎn)，所述的兩個厚度均勻的凸透鏡天線則靜止不動。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述的伺服模塊包括步進電機、電機驅(qū)動器、電源保護器、同步帶;步進電機通過同步帶與驅(qū)動圓盤連接，通過步進電機的勻速順時針轉(zhuǎn)動帶動金屬支桿轉(zhuǎn)動，從而帶動厚度呈現(xiàn)均勻變化的平凸透鏡天線進行周期性勻速轉(zhuǎn)動，所述的步進電機由電機驅(qū)動器直接控制，電機驅(qū)動器連接電源保護器，電源保護器中裝有電源保護系統(tǒng)，從而保護整個系統(tǒng)的運作。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透鏡接收天線，其特征在于:所述的饋源天線是由單一的喇叭饋源天線制成，將該饋源天線放置在厚度均勻變化的平凸透鏡天線的凸面焦距的焦平面上，組成完整的介質(zhì)透鏡接收天線。
【文檔編號】H01Q19/06GK105870640SQ201610218364
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月9日
【發(fā)明人】賽景波, 石珺
【申請人】北京工業(yè)大學