[发明专利]基于新型介质填充方式的极低剖面柱面龙伯透镜天线

说明书

本发明公开了一种基于新型介质填充方式的极低剖面柱面龙伯透镜天线。本发明包括位于上金属盖板(3)和下金属盖板(4)之间的柱面龙伯透镜、位于柱面龙伯透镜的焦线上的弧形馈源阵(1)以及位于柱面龙伯透镜的非辐射口径上的弧形金属反射挡板(2)，所述柱面龙伯透镜包括具有不同半径的上填充介质片(6)和下填充介质片(5)，上填充介质片(6)和下填充介质片(5)由圆心向外分别分布n层、m层具有不同分布密度的通孔(21)，其中m大于n，且两介质片的前n层的等效介电常数对应相同。本发明不仅加工简单，而且实现了低剖面、轻量化，使其能更好的应用于多波束定向通信和波束扫描天线，尤其是毫米波高频段以及需要轴向组阵的应用场合。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于新型介质填充方式的极低剖面柱面龙伯透镜天线。

背景技术

由于船舶导航、卫星通信、电子对抗及目标追踪等领域对多波束天线的迫切需求，具有高增益、窄波束、低副瓣、宽扫描角、高速扫描以及制造成本低等特点的多波束天线被重点关注。

传统的多波束天线多采用相控阵的形式，天线性能较为稳定，波束扫描控制很方便，但是传统的相控阵天线需要较为庞大复杂的馈电网络，需要大量的T/R组件，使其成本过高，并且在某些极端条件下的应用，例如潮湿、盐雾、高温等等环境中，在使用过程中极易造成损毁，维护起来也不方便，从而极大的降低它的使用寿命，造成性价比不高。多波束反射面天线组成结构简单，但是其口径较大，抗风抗雨性能差、波束覆盖范围有自己局限性，同时馈源对天线存在遮挡，降低了天线的效率。此外反射面天线的波束扫描多采用机械方式，由于反射面的体积较大，重量较重，这就使的波束扫描的速度也较慢，整体结构笨重。

柱面龙伯透镜天线是一种具有旋转对称结构的透镜天线，透镜表面的每一个点都可视为焦点。只要在透镜表面安放多个馈源，便可实现宽角范围内的多波束覆盖，且波束一致性好。透镜主体多由防潮抗酸耐腐蚀的介质材料构成，对周围环境的适应力强；并且透镜材料的介电常数对频率变化不敏感，工作频带取决于馈源的频带，可适用于大容量的宽带通信系统中。

理论上的龙伯透镜其介电常数从内层到表面满足2到1的变化规律，因此一直以来的材料技术和制造水平限制了这种天线的应用。自上世纪40年代龙伯透镜天线被提出以来，国内外专家学者对其设计理论和制作工艺进行了系统的分析和研究。经过多年研究，提出了材料制作工艺的一些基本方法和准则，其中最具代表性的是基于塑料树脂材料的热发泡技术、基于钻孔结构实现较低介电常数等效技术。在公告号为CN101057370的专利中，通过开模方法对泡沫塑料珠料进行发泡，但是这种方法工艺流程非常复杂且发泡均匀性难以控制，对加工条件要求很高，导致加工成本不可控制、批量生产困难。

在专利号为US6433936、名称为“Lens of Gradient Dielectric Constant andMethods of Production”的美国专利中，将热塑性树脂膨胀珠(聚苯乙烯、聚酰胺等)中掺杂陶瓷材料(二氧化钛、二氧化硅等)填入模具中，并加热使它们熔融到一起，通过调节泡沫模制品的密度及陶瓷含量来控制每层球壳的介电常数，该透镜重量轻，能保证较好的实用性，但工艺流程相对复杂，不适合量产。专利号为US5677796、名称为“Luneberg lens andmethod of constructing same”的美国专利公开了一种利用二次曲线形的特殊钻头沿介质透镜的半径方向开渐变锥形孔的方法，从而设计出满足龙伯透镜介电常数渐变规律的龙伯透镜，该方法不仅加工难度大且需考虑材料的机械强度，因而成本也较高；且由于本底材料质量密度一般均较高，对于较大型龙伯透镜其重量问题突出。