[发明专利]介电透镜以及具有介电透镜的电磁设备

说明书

本发明公开了介电透镜以及具有介电透镜的电磁设备。该介电透镜包括：介电材料的三维3D主体，其具有在空间上变化的介电常数Dk；该3D主体具有至少三个区域R(i)，所述至少三个区域具有相对于至少三个区域R(i)中的对应区域的周围区域的介电常数值Dk(i)的局部最大值，所述至少三个区域R(i)的位置由相对于与3D主体相关联的特定公共原点的方位角(i)、天顶角(i)和径向距离(i)的局部坐标来限定，其中，(i)是范围从1到至少3的索引；其中，3D主体的在空间上变化的Dk被配置成以给定方位角和给定径向距离根据第一区域R(1)与第二区域R(2)之间的天顶角而变化。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年4月8日提交的美国临时申请序列第63/006,976号的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及介电透镜，具体涉及具有至少三个不同的聚焦或散焦部分的介电透镜，并且更具体地涉及电磁EM设备，该电磁EM设备具有相控阵天线，该相控阵天线被布置和配置成用于与具有至少三个不同的聚焦或散焦部分的介电透镜进行EM通信。

背景技术

相控阵天线在沿EM辐射的传播方向在一个或两个方向上对EM波前进行操控(steering)方面是有用的。在通常的平面相控阵列中，由于有效孔径随着操控角的增大而减小，因此操控能力可能受到限制。为了提高操控能力，现有系统采用了更多的相控阵天线基站段和/或Luneburg透镜。可以理解，相控阵天线基站段的数目的增加导致附加成本和硬件空间，并且使用Luneburg透镜需要使用非平面阵列。

虽然现有的EM相控阵通信系统可能适合于其预期目的，但是将通过克服现有技术的缺点的介电透镜或者介电透镜与相控阵天线的组合来发展与这样的系统有关的技术。

发明内容

实施方式包括一种介电透镜，该介电透镜具有：介电材料的三维3D主体，其具有在空间上变化的介电常数Dk；该3D主体具有至少三个区域R(i)，所述至少三个区域具有相对于至少三个区域R(i)中的对应区域的周围区域的介电常数值Dk(i)的局部最大值，所述至少三个区域R(i)的位置由相对于与3D主体相关联的特定公共原点的方位角(i)、天顶角(i)和径向距离(i)的局部坐标来限定，其中，(i)是范围从1到至少3的索引；其中，3D主体的在空间上变化的Dk被配置成以给定方位角和给定径向距离根据第一区域R(1)与第二区域R(2)之间的天顶角而变化。

实施方式包括介电透镜，该介电透镜具有：介电材料的三维3D主体，该三维3D主体具有在空间上变化的Dk，该在空间上变化的Dk沿具有不同的方向和特定公共原点的至少三个不同的射线从特定公共原点到3D主体的外表面而变化，该特定公共原点被3D主体包围；其中，至少三个不同的射线限定3D主体的至少三个区域R(i)中的对应区域的位置，所述至少三个区域具有相对于至少三个区域R(i)中的对应区域的紧接周围区域的介电材料的介电常数值Dk(i)的局部最大值，其中，(i)是范围从1到至少3的索引；其中，3D主体的介电材料具有沿3D主体内的任何路径从至少三个区域R(i)中的每一个到至少三个区域R(i)中的任何另一个的在空间上变化的Dk。

实施方式包括电磁EM设备，该电磁EM设备具有：相控阵天线；以及根据前述透镜中的任何一个的介电透镜；其中，各个介电透镜被配置和设置成与当被电磁激励时的相控阵天线进行EM通信。

从以下在结合附图时进行的对本发明的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。

附图说明

参照示例性非限制附图，其中，在附图中相似元件的附图标记类似：

图1描绘了根据实施方式的介电透镜的3D框图分析模型的旋转等距视图，该介电透镜表示位于示例相控阵天线上方的示例透镜；

图2A和图2B描绘了根据实施方式的通过x-z平面切割的图1的实施方式的正视截面图；