K波段平面貼片透鏡天線制造技術

K波段平面貼片透鏡天線，涉及透鏡天線。設有介質(zhì)安裝環(huán)、支撐架、喇叭饋源和平面貼片陣列透鏡，所述平面貼片陣列透鏡固定于介質(zhì)安裝環(huán)上，介質(zhì)安裝環(huán)固定于支撐架頂部，所述喇叭饋源設于平面貼片陣列透鏡中心上方并固定于支撐架上。最關鍵的地方在于單元的設計，只采用一種單元的形式，通過改變單元結構的參數(shù)以及單元中開槽的擺放角度來實現(xiàn)0°～360°的相位響應，且在不同的相移條件下傳輸系數(shù)均滿足|S12|≥-2dB。通過計算饋源與每個陣元間的光程差來調(diào)整陣元的貼片大小，進而彌補陣列中不同位置陣元與中心之間的光程差，使透鏡達到空間聚焦的效果。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及透鏡天線，尤其是涉及K波段平面貼片透鏡天線。
技術介紹
在光學中，利用透鏡能使放在透鏡焦點上的點光源輻射出的球面波，經(jīng)過透鏡折射后變?yōu)槠矫娌ǎ哥R天線就是利用這一原理制作而成的。透鏡天線由透鏡和放在透鏡焦點上的饋源組成，利用透鏡把饋源的球面波或柱面波轉(zhuǎn)換為平面波從而獲得筆形、扇形或其他形狀波束的天線。這種透鏡的實現(xiàn)方式關鍵就在于透鏡的設計，目前主要有平面和曲面兩種形式。申請?zhí)枮?3825879.X的中國專利公開一種透鏡天線組件，包括一個半球形透鏡，一個比半球形透鏡大的直徑并位于所述半球形透鏡的切割平面上的反射板，一個饋源，一個反射板支撐裝置。這種結構可以在不減少增益的情況下接受來自大入射角的無線電波。其結構最關鍵是曲面透鏡，制作要求精度高，有明顯的界面反射。申請?zhí)枮?00580009846.0的中國專利公開一種龍伯透鏡天線裝置，包括:一天線固定架；一具有半球形龍伯透鏡和反射板的天線體，以及將該天線體的反射板可拆卸地裝接于天線固定架的固定裝置。采用這種結構，可以更加容易安裝具有反射板的龍伯透鏡天線，但對龍伯透鏡的曲面要求高，天線笨重且存在介質(zhì)老化和界面反射。申請?zhí)枮?01210051097.X的中國專利公開一種點聚焦平板透鏡天線，包括:一側(cè)開口的外殼、饋源及封閉外殼開口的超材料平板透鏡，所述超材料平板透鏡包括靠近饋源的第一平板透鏡及與第一平板透鏡貼合的第二平板透鏡，通過設計第一平板透鏡與第二平板透鏡的折射率分布，實現(xiàn)透鏡聚焦。這種結構用超材料平板來代替?zhèn)鹘y(tǒng)透鏡曲面，但其實質(zhì)仍然是通過多層介質(zhì)結構改變折射率分布來獲得輻射口徑上的平面波前，加工過程較為復雜。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供以一種平面微帶貼片陣列天線的方式，利用貼片天線加工容易、成本較低且容易賦型的特點，改變傳統(tǒng)透鏡天線成本高、加工難度大的缺點的K波段平面貼片透鏡天線。本專利技術設有介質(zhì)安裝環(huán)、支撐架、喇叭饋源和平面貼片陣列透鏡，所述平面貼片陣列透鏡固定于介質(zhì)安裝環(huán)上，介質(zhì)安裝環(huán)固定于支撐架頂部，所述喇叭饋源設于平面貼片陣列透鏡中心上方并固定于支撐架上。所述平面貼片陣列透鏡可設有112個貼片單元，貼片單元之間間隔可為5.5mm，平面貼片陣列透鏡排布成平面圓盤形，所述圓盤形的半徑可為33 mm ;根據(jù)每個貼片單元的光程差得到其所需要彌補的相位響應，進而可以得到每個貼片單元的大小及所需要的開槽方向，而后進行布陣。所述饋源喇叭可采用13.5dB增益喇叭。所述貼片單元可采用上下對稱的五層結構，最上層為貼片天線，最下層為貼片天線，中間層為開槽(“幾”字型)的金屬基底，最上層與中間層之間為e r=2.2的Taconic材料層，最下層與中間層之間為e r=2.2的Taconic材料層，所述中間層的厚度可為17iim，所述e r=2.2的Taconic材料層的厚度可為0.5 mm。保持開槽大小不變，改變最上層與最下層(對稱)的貼片大小可以在滿足S12彡_2dB的條件下實現(xiàn)0° 360°的相位響應。本專利技術采用的是同一種開槽方式，只是通過旋轉(zhuǎn)90°來改變其極化方式來得到所需相位補償。理論上本專利技術可根據(jù)實際需要調(diào)整透鏡中單元的數(shù)目和排布來實現(xiàn)特定要求的天線增益。本專利技術僅使用一種開槽方式通過改變其極化方式就能實現(xiàn)特定頻率上(24.125GHz)電磁波的空間聚焦，這種原理方法同樣適用于其他工作頻率。用微帶天線的制作工藝來實現(xiàn)透鏡的功能，不僅大大降低了透鏡天線的加工難度和實現(xiàn)成本，并提高了產(chǎn)品的一致性。本專利技術中最關鍵的地方在于單元的設計，只采用一種單元的形式，通過改變單元結構的參數(shù)以及單元中開槽的擺放角度來實現(xiàn)0° 360°的相位響應，且在不同的相移條件下傳輸系數(shù)均滿足|S12| >-2dB。通過計算饋源與每個陣元間的光程差來調(diào)整陣元的貼片大小，進而彌補陣列中不同位置陣元與中心之間的光程差，使透鏡達到空間聚焦的效果。本專利技術實現(xiàn)特定頻率的電磁波空間聚焦，并且在陣列貼片單元上使用同一種開槽方式，只是通過改變極化方向來得到所需相位補償。附圖說明圖1為本專利技術實施例的結構組成示意圖。圖2為本專利技術實施例的俯視結構示意圖。圖3為本專利技術實施例的側(cè)視結構示意圖。圖4為本專利技術實施例的平面貼片陣列透鏡的俯視結構示意圖。圖5為本專利技術實施例的平面貼片陣列透鏡的側(cè)視結構示意圖。圖6為本專利技術實施例組成平面貼片陣列透鏡的貼片單元的結構示意圖。圖7為本專利技術實施例組成平面貼片陣列透鏡的貼片單元的分解示意圖。圖8為在0°開槽角度下貼片天線邊長(正方形)與Z S12的關系。圖9為在0°開槽角度下貼片(I S121≥-2dB)的相位響應。圖10為在90°開槽角度下貼片天線邊長(正方形)與Z S12的關系。圖11為在90°開槽角度下貼片(|S12|≥-2dB)的相位響應。圖12為本專利技術透鏡天線的增益方向圖結果，觀測角(Theta)為與透鏡法線的夾角。 具體實施例方式參見圖1 7，本專利技術實施例設有介質(zhì)安裝環(huán)1、支撐架2、喇叭饋源3和平面貼片陣列透鏡4，所述平面貼片陣列透鏡4固定于介質(zhì)安裝環(huán)I上，介質(zhì)安裝環(huán)I固定于支撐架2頂部，所述喇叭饋源3設于平面貼片陣列透鏡4中心上方并固定于支撐架2上。所述平面貼片陣列透鏡4可設有112個貼片單元，貼片單元之間間隔可為5.5 mm,平面貼片陣列透鏡4排布成平面圓盤形，所述圓盤形的半徑可為33 mm ;根據(jù)每個貼片單元的光程差得到其所需要彌補的相位響應，進而可以得到每個貼片單元的大小及所需要的開槽方向，而后進行布陣。所述饋源喇叭3可采用13.5dB增益喇叭。所述貼片單元可采用上下對稱的五層結構，最上層51為貼片天線，最下層55為貼片天線，中間層53為開槽(“幾”字型)的金屬基底，最上層51與中間層53之間為e r=2.2的Taconic材料層52,最下層55與中間層53之間為e =2.2的Taconic材料層54,所述中間層的厚度可為17iim，所述e r=2.2的Taconic材料層的厚度可為0.5 mm。圖8 11給出本專利技術平面貼片陣列透鏡貼片單元在不同開槽擺放角度下(0°和90° )貼片大小與|S12|、相位響應的關系。參見圖8和9，在0°開槽角度下，圖8表示貼片天線邊長(正方形)與Z S12的關系，圖9表示在圖8基礎上(|S12|≥_2dB)的相位響應，實現(xiàn)0° 180°的相位響應。參見圖10和11，在90°開槽角度下，圖10表示貼片天線邊長(正方形)與Z S12的關系，圖11表示在圖10基礎上(I S121≥-2dB)的相位響應，實現(xiàn)-180° 0°的相位響應。圖12為本專利技術透鏡天線的增益方向圖結果，觀測角(Theta)為與透鏡法線的夾角。實現(xiàn)增益為20.6dB，后瓣4.7dB，第一旁瓣2.7dB, E面與H面的3dB波瓣寬度分別為15.5。和 16.6。。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
K波段平面貼片透鏡天線，其特征在于設有介質(zhì)安裝環(huán)、支撐架、喇叭饋源和平面貼片陣列透鏡，所述平面貼片陣列透鏡固定于介質(zhì)安裝環(huán)上，介質(zhì)安裝環(huán)固定于支撐架頂部，所述喇叭饋源設于平面貼片陣列透鏡中心上方并固定于支撐架上。

【技術特征摘要】
1.波段平面貼片透鏡天線，其特征在于設有介質(zhì)安裝環(huán)、支撐架、喇叭饋源和平面貼片陣列透鏡，所述平面貼片陣列透鏡固定于介質(zhì)安裝環(huán)上，介質(zhì)安裝環(huán)固定于支撐架頂部，所述喇叭饋源設于平面貼片陣列透鏡中心上方并固定于支撐架上。2.按權利要求1所述K波段平面貼片透鏡天線，其特征在于所述平面貼片陣列透鏡設有112個貼片單元。3.按權利要求2所述K波段平面貼片透鏡天線，其特征在于所述貼片單元之間間隔為5.5 mm。4.按權利要求1所述K波段平面貼片透鏡天線，其特征在于所述平面貼片陣列透鏡排布成平面圓盤形。5.按權利要求4所述K波段平面貼片透鏡天線，其特征在于所述圓盤形的半徑為33mm。6.按權利要求1所述K波段平面...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉顏回，呂海裕，柳清伙，熊小平，廖錕，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發(fā)明
國別省市：