[发明专利]基于分区结构的透镜天线及其设计方法

权利要求书

1.一种基于分区结构的折射透镜天线，其特征在于，该天线包括喇叭天线(2)和设置在喇叭口的介质透镜(1)，该介质透镜(1)采用分区结构，分区方式为：建立二维坐标系，以介质透镜(1)的中心轴为x轴，以介质透镜(1)的平面为y轴，x轴的正向为透镜曲面指向透镜平面的方向；将介质透镜(1)曲面所在的曲线作为第一虚拟曲线，将第一虚拟曲线沿x轴正向分别平移距离T和2T，分别形成第二虚拟曲线、第三虚拟曲线；

在第一虚拟曲线上，选取(-y₁,y₁)之间的曲线作为第一曲线(3)；在第二虚拟曲线上，选取(-y₂,y₂)之间的曲线作为第二曲线(4)；在第三虚拟曲线上，选取(-y₂,y₂)之间的曲线作为第三曲线(5)，以所述第一曲线(3)、第二曲线(4)和第三曲线(5)形成的闭合曲线，沿着介质透镜(1)的曲面进行切割；其中y₁、y₂均为正数，且y₁y₂。

2.根据权利要求1所述的基于分区结构的折射透镜天线，其特征在于，所述第一曲线(3)的两个端点、第二曲线(4)的两个端点和第三曲线(5)的最低点位于同一水平面上。

3.根据权利要求2所述的基于分区结构的折射透镜天线，其特征在于，将所述第一曲线(3)的端点与介质透镜(1)焦点的连线形成的射线记为第一射线，将所述第二曲线(4)的端点与介质透镜(1)焦点的连线形成的射线记为第二射线，相邻第一射线和第二射线之间的相位差为2π。

4.根据权利要求3所述的基于分区结构的折射透镜天线，其特征在于，该天线将球面波转换为平面波，点源发出的球面波在介质透镜(1)口径平面上同相。

5.根据权利要求4所述的基于分区结构的折射透镜天线，其特征在于，所述距离T的计算公式为：

式中，λ为波长，n为折射率，为第一曲线(3)的端点和介质透镜(1)焦点的连线与x轴之间的夹角。

6.根据权利要求5所述的基于分区结构的折射透镜天线，其特征在于，所述介质透镜(1)采用的介质为Teflon。

7.基于权利要求1至6任意一项所述折射透镜天线的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，根据分区原则及透镜剖面曲线利用的几何光程原理，获取透镜天线的各个参数：天线的中心频率，波长λ，折射率n，焦距(-F，0)，介质透镜长度S及厚度d，由此确定焦径比，介质透镜表面金属层厚度h；

步骤2，选定分区宽度尺寸T，并在CST软件中进行优化，使得第一曲线的两个端点、第二曲线的两个端点和第三曲线的最低点位于同一水平面上，得到最终的分区宽度T，以及介质透镜的高度B；

步骤3，确定喇叭天线的尺寸，根据介质透镜的长度和焦距确定第一曲线的端点和介质透镜焦点的连线与x轴之间的夹角

步骤4，在上述过程形成的介质透镜模型的基础上建立整个折射透镜天线模型，并且优化各个参数，得到最佳参数。