CN102176538A

CN102176538A - 多波束介质柱透镜天线

Info

Publication number: CN102176538A
Application number: CN2011100281995A
Authority: CN
Inventors: 吴锡东; 杨楠; 朱道虹; 王中元; 吴慧娴; 周金芳
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: CN102176538B

Abstract

本发明公开了一种多波束介质柱透镜天线。它包括介质柱透镜、金属平板波导、天线部分和馈源部分，金属平板波导设有上下两个金属平板，天线部分包括处于中间的介质基板、介质基板一侧的贴片天线阵列和介质基板另一侧的耦合缝隙阵列，贴片天线阵列是8个矩形贴片并行构成，馈源部分包括处于中间的介质基板、介质基板内侧面的耦合缝隙阵列和介质基板外侧面的L型微带馈线阵列，馈源部分的耦合缝隙阵列与天线部分的耦合缝隙阵列形状相同并贴合，L型微带馈线阵列是由8路L型微带馈线构成，L型微带馈线阵列的一路L型微带馈线均与耦合缝隙阵列的一个矩形开槽相对应。本发明具有结构简单、加工容易、重量轻、扫描范围大、成本低等特点。

Description

多波束介质柱透镜天线

技术领域

本发明涉及透镜天线，尤其涉及一种多波束介质柱透镜天线。

背景技术

随着微波技术的飞速发展，通信在军事和民用中的核心支撑作用越来越明显，而现在天线成了制约通信发展的最重要一环。无论是军用还是民用，信息都是重要的组成部分，保持随时随地通信通畅，成了必要的要求。

透镜天线是最常用的微波天线之一，和反射面天线相比，透镜无遮挡且可较方便地实现扫描，而且容易做到较大角度范围的扫描和足够的增益平坦性。在多模共口径天线和多波束天线应用中，透镜更具优势。

天线实现多波束形成的类型有相控阵天线和多波束天线两种。国内一般采用相控阵天线，对多波束天线的研制还不多。多波束天线利用同一天线口径形成多个独立且相互重叠的窄波束，虽然其调零分辨率不及相控阵天线，但它可以实现波束的最佳空域覆盖，而相控阵需要大量集成移相器、功分器或定向耦合器，实现起来非常复杂。

在现有的可检索的专利中，都有各自无法弥补的缺陷。例如，ZL专利号为97104401.5名为改进介质透镜减少内反射波干扰的透镜天线的专利文件，公开了一种一面为平面，另一面为旋转双曲面的透镜天线，该透镜天线的实现难度在于旋转双曲面。授权公告号为CN101098050B名为无线电波透镜天线装置的专利文件，以及申请号为200480008809.3同样名为无线电波透镜天线装置的专利文件，都采用了球形龙伯透镜，但是体积问题以及加工精度是不可忽视的问题。申请公告号位CN101699659A名为一种透镜天线的专利文件，以及公开号为CN101587990A名为基于人工电磁材料的宽带圆柱形透镜天线，都采用了圆柱形透镜天线，但是他们的透镜材料为人工合成，加工异常复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，提供一种多波束介质柱透镜天线。

一种多波束介质柱透镜天线包括介质柱透镜、金属平板波导、天线部分和馈源部分；介质柱透镜包括矩形介质和半圆形介质，矩形介质的宽度等于半圆形介质的直径，矩形介质与半圆形介质的高度相等，金属平板波导设有上下两个金属平板，金属平板波导的金属平板与介质柱透镜的形状相同，天线部分包括处于中间的介质基板、介质基板一侧的贴片天线阵列和介质基板另一侧的耦合缝隙阵列，贴片天线阵列是8个矩形贴片并行构成，耦合缝隙阵列是在金属贴层上与贴片天线阵列中的8个矩形贴片一一对应的8个矩形开槽，馈源部分包括处于中间的介质基板、介质基板内侧面的耦合缝隙阵列和介质基板外侧面的L型微带馈线阵列，馈源部分的耦合缝隙阵列与天线部分的耦合缝隙阵列形状相同并贴合，L型微带馈线阵列是由8路L型微带馈线构成，L型微带馈线阵列的一路L型微带馈线均与耦合缝隙阵列的一个矩形开槽相对应。

另一种多波束介质柱透镜天线包括介质柱透镜、金属平板波导、天线部分、馈源部分和喇叭口；介质柱透镜包括矩形介质和半圆形介质，矩形介质的宽度的直径等于半圆形介质，矩形介质与半圆形介质的高度相等，金属平板波导设有上下两个金属平板，金属平板波导的金属平板与介质柱透镜的形状相同，喇叭口的一端接金属平板波导，喇叭口的另一端向外张开，喇叭口的上下金属板均为半圆环，天线部分包括处于中间的介质基板、介质基板一侧的贴片天线阵列和介质基板另一侧的耦合缝隙阵列，贴片天线阵列是8个矩形贴片并行构成，耦合缝隙阵列是在金属贴层上与贴片天线阵列中的8个矩形贴片一一对应的8个矩形开槽，馈源部分包括处于中间的介质基板、介质基板内侧面的耦合缝隙阵列和介质基板外侧面的L型微带馈线阵列，馈源部分的耦合缝隙阵列与天线部分的耦合缝隙阵列形状相同并贴合，L型微带馈线阵列是由8路L型微带馈线构成，L型微带馈线阵列的一路L型微带馈线均与耦合缝隙阵列的一个矩形开槽相对应。

所述的介质柱透镜的材料为：聚苯乙烯，介质基板的材料为：RT/Duroid 5880或者RT/Duroid 5870。所述的介质柱透镜的厚度在半波长到一个波长之间。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：首先，口径效率高，旁瓣和后瓣较低，它的波束宽度在水平面和俯仰面上可以分别做到很窄和很宽，定向性好，增益高，扫描范围大。其次，结构简单小巧，无精密曲线，仅为简单常见结构的几何叠加，故利于加工。再次，所用材料均为常见材料，如金属、聚苯乙烯，故成本低，却能带来高的性能，性价比极高。本发明可用于需要扫描范围大的情况，例如77GHz的汽车防撞雷达中，也可用于工作条件多变较差的情况，如军用设备以及卫星通信中。

附图说明

图1是一种多波束介质柱透镜天线的结构示意图；

图2是图1横截面剖的俯视图；

图3是图1中一个馈电和天线单元的正视图；

图4是另一种多波束介质柱透镜天线的结构示意图；

图5是图4的侧视图；

图6是图4的正视图；

图7是图4的俯视图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种多波束介质柱透镜天线包括介质柱透镜1、金属平板波导2、天线部分3和馈源部分4；介质柱透镜1包括矩形介质11和半圆形介质12，矩形介质11的宽度等于半圆形介质12的直径，矩形介质11与半圆形介质12的高度相等，金属平板波导2设有上下两个金属平板，金属平板波导2的金属平板与介质柱透镜1的形状相同，天线部分3包括处于中间的介质基板31、介质基板31一侧的贴片天线阵列32和介质基板31另一侧的耦合缝隙阵列33，贴片天线阵列32是8个矩形贴片并行构成，耦合缝隙阵列33是在金属贴层上与贴片天线阵列32中的8个矩形贴片一一对应的8个矩形开槽，馈源部分4包括处于中间的介质基板41、介质基板41内侧面的耦合缝隙阵列42和介质基板41外侧面的L型微带馈线阵列43，馈源部分4的耦合缝隙阵列42与天线部分3的耦合缝隙阵列33形状相同并贴合，L型微带馈线阵列43是由8路L型微带馈线构成，L型微带馈线阵列43的一路L型微带馈线均与耦合缝隙阵列42的一个矩形开槽相对应。

如图3所示，馈电可以由金属平板波导2的下层金属平板上的SMA头馈入微带馈线阵列43，通过耦合缝隙阵列42的缝隙耦合到贴片天线阵列32上，贴片天线阵列32就是介质柱透镜1的馈源天线。

所述的多波束介质柱透镜天线中介质柱透镜1和介质基板31的材料的相对介电常数相近，这样就可以减小表面波的影响。典型的例如透镜材料可以选取聚苯乙烯

Figure 2011100281995100002DEST_PATH_IMAGE002

，而介质基板31的材料可以选取RT/Duroid 5880

Figure 2011100281995100002DEST_PATH_IMAGE004

，或者RT/Duroid 5870

Figure 2011100281995100002DEST_PATH_IMAGE006

。所述的多波束介质柱透镜天线，其特征在于所述的介质柱透镜1的厚度在半波长到一个波长之间。这样可以减小平行板波导带来的导体损耗。

如图4、5、6、7所示，另一种多波束介质柱透镜天线包括介质柱透镜1、金属平板波导2、天线部分3、馈源部分4和喇叭口5；介质柱透镜1包括矩形介质11和半圆形介质12，矩形介质11的宽度的直径等于半圆形介质12，矩形介质11与半圆形介质12的高度相等，金属平板波导2设有上下两个金属平板，金属平板波导2的金属平板与介质柱透镜1的形状相同，喇叭口5的一端接金属平板波导2，喇叭口5的另一端向外张开，喇叭口5的上下金属板均为半圆环，天线部分3包括处于中间的介质基板31、介质基板31一侧的贴片天线阵列32和介质基板31另一侧的耦合缝隙阵列33，贴片天线阵列32是8个矩形贴片并行构成，耦合缝隙阵列33是在金属贴层上与贴片天线阵列32中的8个矩形贴片一一对应的8个矩形开槽，馈源部分4包括处于中间的介质基板41、介质基板41内侧面的耦合缝隙阵列42和介质基板41外侧面的L型微带馈线阵列43，馈源部分4的耦合缝隙阵列42与天线部分3的耦合缝隙阵列33形状相同并贴合，L型微带馈线阵列43是由8路L型微带馈线构成，L型微带馈线阵列43的一路L型微带馈线均与耦合缝隙阵列42的一个矩形开槽相对应。

喇叭口的添加是为了限制该多波束介质柱透镜天线在俯仰面上的波束宽度，增加该透镜天线的方向性。所述的多波束介质柱透镜天线中介质柱透镜1和介质基板31的材料的相对介电常数相近，这样就可以减小表面波的影响。典型的例如透镜材料可以选取聚苯乙烯

，而介质基板31的材料可以选取RT/Duroid 5880

，或者RT/Duroid 5870。所述的多波束介质柱透镜天线，其特征在于所述的介质柱透镜1的厚度在半波长到一个波长之间。这样可以减小平行板波导带来的导体损耗。

以上是本发明的一种具体实施方式，本领域的技术人员可以通过应用本发明公开的方法以及发明中提到的一些替代方式制作出本透镜型天线罩。本发明仅是一种特殊材料的较佳实例，并非对本发明作任何形式上的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。本发明可用于需要扫描范围大的情况，例如77GHz的汽车防撞雷达中，也可用于工作条件多变较差的情况，如军用设备以及卫星通信中。

Claims

1.一种多波束介质柱透镜天线，其特征在于包括介质柱透镜（1）、金属平板波导（2）、天线部分（3）和馈源部分（4）；介质柱透镜（1）包括矩形介质（11）和半圆形介质（12），矩形介质（11）的宽度等于半圆形介质（12）的直径，矩形介质（11）与半圆形介质（12）的高度相等，金属平板波导（2）设有上下两个金属平板，金属平板波导（2）的金属平板与介质柱透镜（1）的形状相同，天线部分（3）包括处于中间的介质基板（31）、介质基板（31）一侧的贴片天线阵列（32）和介质基板（31）另一侧的耦合缝隙阵列（33），贴片天线阵列（32）是8个矩形贴片并行构成，耦合缝隙阵列（33）是在金属贴层上与贴片天线阵列（32）中的8个矩形贴片一一对应的8个矩形开槽，馈源部分（4）包括处于中间的介质基板（41）、介质基板（41）内侧面的耦合缝隙阵列（42）和介质基板（41）外侧面的L型微带馈线阵列（43），馈源部分（4）的耦合缝隙阵列（42）与天线部分（3）的耦合缝隙阵列（33）形状相同并贴合，L型微带馈线阵列（43）是由8路L型微带馈线构成，L型微带馈线阵列（43）的一路L型微带馈线均与耦合缝隙阵列（42）的一个矩形开槽相对应。

2.根据权利要求1所述的多波束介质柱透镜天线，其特征在于所述的介质柱透镜（1）的材料为：聚苯乙烯，介质基板（31）的材料为：RT/Duroid 5880或者RT/Duroid 5870。

3.根据权利要求1所述的多波束介质柱透镜天线，其特征在于所述的介质柱透镜（1）的厚度在半波长到一个波长之间。

4.一种多波束介质柱透镜天线，其特征在于包括介质柱透镜（1）、金属平板波导（2）、天线部分（3）、馈源部分（4）和喇叭口（5）；介质柱透镜（1）包括矩形介质（11）和半圆形介质（12），矩形介质（11）的宽度的直径等于半圆形介质（12），矩形介质（11）与半圆形介质（12）的高度相等，金属平板波导（2）设有上下两个金属平板，金属平板波导（2）的金属平板与介质柱透镜（1）的形状相同，喇叭口（5）的一端接金属平板波导（2），喇叭口（5）的另一端向外张开，喇叭口（5）的上下金属板均为半圆环，天线部分（3）包括处于中间的介质基板（31）、介质基板（31）一侧的贴片天线阵列（32）和介质基板（31）另一侧的耦合缝隙阵列（33），贴片天线阵列（32）是8个矩形贴片并行构成，耦合缝隙阵列（33）是在金属贴层上与贴片天线阵列（32）中的8个矩形贴片一一对应的8个矩形开槽，馈源部分（4）包括处于中间的介质基板（41）、介质基板（41）内侧面的耦合缝隙阵列（42）和介质基板（41）外侧面的L型微带馈线阵列（43），馈源部分（4）的耦合缝隙阵列（42）与天线部分（3）的耦合缝隙阵列（33）形状相同并贴合，L型微带馈线阵列（43）是由8路L型微带馈线构成，L型微带馈线阵列（43）的一路L型微带馈线均与耦合缝隙阵列（42）的一个矩形开槽相对应。

5.根据权利要求4所述的多波束介质柱透镜天线，其特征在于所述的介质柱透镜（1）的材料为：聚苯乙烯，介质基板（31）的材料为：RT/Duroid 5880或者RT/Duroid 5870。

6.根据权利要求4所述的多波束介质柱透镜天线，其特征在于所述的介质柱透镜（1）的厚度在半波长到一个波长之间。