CN103066397A - 宽角扫描钟型双折射面透镜天线 - Google Patents

Abstract

宽角扫描钟型双折射面透镜天线，包括钟型双折射面透镜、圆锥喇叭天线和机械伺服结构；钟型双折射面透镜通过机械伺服结构架构在圆锥喇叭天线上方，根据几何光学原理，圆锥喇叭天线发射的电磁波通过钟型双折射面透镜后形成平面波，从而提高了天线增益。再通过机械伺服结构转动透镜，进而形成波束扫描效果。本发明中宽角扫描钟型双折射面透镜天线在保证了天线高增益的同时，还具有波束的宽角扫描能力，增益下降3dB时扫描角度可以达到±50°，而且此天线保证了透镜天线波束偏转与透镜偏转的高度一致性。此天线可以用于高增益、宽波束扫描的天线领域。

Description

宽角扫描钟型双折射面透镜天线

技术领域

本发明涉及一种透镜天线，特别是一种可以进行宽角度扫描的双折射面透镜天线。 

背景技术

透镜天线的主要功能是实现高增益。传统薄透镜天线主要有双曲面透镜、菲涅尔透镜、新月形透镜等。他们均由馈源天线和透镜组成。一般地，他们均能在透镜轴向上实现高增益，但是它们并不适用于宽角度的扫描。传统的双曲面透镜在偏焦照射的情况下，增益下降3dB时的波束扫描范围在±15°到±20°；而新月形透镜在以透镜焦点(同时也是馈源相位中心)为原点进行偏转的时候，增益下降3dB时的波束扫描范围最大也只能够达到±30°。故传统透镜天线只能在较小的范围内实现波束扫描，无法实现高增益的宽角扫描。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服传统透镜的不足，提供一种可以实现高增益、宽角度扫描、波束偏转与透镜偏转具有高度一致性的钟型双折射面透镜天线。 

本发明的技术解决方案为：宽角扫描钟型双折射面透镜天线，包括钟型双折射面透镜、圆锥喇叭天线、机械伺服结构；钟型双折射面透镜为钟型实体结构，下表面为平面，上表面为编钟型曲面；圆锥喇叭天线的波导上装有可调节的刻度条，在圆锥喇叭天线的末端接有波导同轴转换部件；机械伺服结构包括偏转刻度盘、底座、馈源安装孔、支架；在底座上与钟型双折射面透镜下表面边缘的两侧对称位置固定装有支架，将钟型双折射面透镜固定安装在支架上；两个支架之间有一横梁，横梁中心位置挖有馈源安装孔；圆锥喇叭天线穿过馈源安装孔固定安装在横梁上，使圆锥喇叭天线的相位中心与钟型双折射面透镜 的焦点重合；偏转刻度盘安装在支架的一侧。 

所述的钟型双折射面透镜的透镜材料为聚苯乙烯。 

所述的圆锥喇叭天线为圆极化天线或线极化天线。 

所述的圆锥喇叭天线具有对应钟型双折射面透镜口径的-10dB锥削照射角。 

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明由于采用只有传统透镜焦径比五分之一左右的小焦径比双折射面透镜，与传统透镜天线相比，在透镜偏转时，有更多的能量照射到透镜下表面，同时该透镜的双折射面能够保证透镜有较高的收缩效率，保证了透镜较高的口径效率和高增益，综合以上两点最终实现宽角度的波束扫描，在增益下降3dB时的波束扫描范围能够达到±50°，而且此天线保证了透镜天线波束偏转与透镜偏转的高度一致性(两者偏差在0.1°以内)。另外，本天线结构简单，透镜加工精度要求不高，易于制造。 

附图说明

图1宽角扫描钟型双折射面透镜天线示意图； 

图2为钟型双折射面透镜示意图； 

图3为圆锥喇叭天线示意图； 

图4为机械伺服结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。 

宽角扫描钟型双折射面透镜天线，由钟型双折射面透镜1、圆锥喇叭天线2和机械伺服结构3组成。钟型双折射面透镜1通过机械伺服结构3架构在圆锥喇叭天线2上方，圆锥喇叭天线2发射的电磁波照射到钟型双折射面透镜1上，通过折射从而形成高增益波束。圆锥喇叭天线2上有可供调节的刻度条6，圆锥喇叭天线2安装在机械伺服结构上后可根据实际情况调节喇叭与透镜之间的距离。机械伺服结构3能够对钟型双折射面透镜1进行以透镜焦点(同时也是馈源相位中心)为原点的偏转。松开机械伺服节构3上的透镜紧固螺栓4可调 节透镜偏转，由偏转刻度盘确定好偏转角度后，拧紧透镜紧固螺栓4。透镜天线波束便指向了对应角度的方向。所述的钟型双折射面透镜1材料为聚苯乙烯。 

上述方案的原理是：根据Snell定律和等光程原理设计具有只有传统透镜焦径比五分之一左右的小焦径比的钟型双折射面透镜。因为具有小焦径比和电磁波的双折射，透镜可以在拥有更宽的照射角的同时保证较高的收缩效率，因而相对于传统透镜，钟型双折射面透镜在透镜偏转时有更多的能量从透镜透射出去，从而当透镜围绕透镜焦点(同时也是馈源相位中心)进行偏转时获得宽角度高增益的波束扫描。 

图1是宽角扫描钟型双折射面透镜天线的整体示意图。其中主要部件为钟型双折射面透镜1、圆锥喇叭天线2和机械伺服结构3。钟型双折射面透镜通过安装孔部件8与机械伺服结构3的透镜紧固螺栓4相连。从而固定在圆锥喇叭天线6上方。圆锥喇叭天线2通过机械伺服结构3上的馈源紧固螺栓10固定在机械伺服结构3的馈源位置上。 

透镜轴向固定时，圆锥喇叭天线2照射透镜的口径效率最高，轴向增益最大。松开透镜紧固螺栓4，根据偏转刻度盘5调整好所需要的角度，拧紧透镜紧固螺栓4固定好透镜，即可实现对应角度上的波束扫描。对应波束偏转角度和透镜偏转角度偏差在0.1°以内。 

图2是钟型双折射面透镜1。它根据Snell折射定律和等光程原理设计。透镜上表面为曲面，下表面为平面。透镜下表面边缘对称位置延伸出来两个安装孔部件8。安装孔部件8与钟型双折射面透镜1是一体的，材料也与钟型双折射面透镜1一致，为聚苯乙烯材料。通过安装孔部件8与机械伺服结构3的透镜紧固螺栓4固定，从而可以将透镜安装在机械伺服结构3上。 

图3为圆锥喇叭天线2。所述的圆锥喇叭天线2可以为圆极化天线，亦可为线极化天线。圆锥喇叭天线2通过机械伺服结构3的馈源紧固螺栓10安装在馈源安装孔11处。圆锥喇叭天线2上有可供调节的刻度条6。松开馈源紧固螺栓10后，可以调节圆锥喇叭天线2与钟型双折射面透镜1的距离，使得圆 锥喇叭天线2的相位中心与钟型双折射面透镜1的焦点重合，从而保证透镜天线不偏焦，获得最大的增益。确定好圆锥喇叭天线2的位置后，再拧紧馈源紧固螺栓10即可。 

图4为机械伺服结构3。它包括透镜支架12、透镜紧固螺栓4、馈源紧固螺栓10、馈源安装孔11、偏转刻度盘5和底座7。钟型双折射面透镜1通过透镜紧固螺栓4和透镜的安装孔部件8固定在支架12上。圆锥喇叭天线2通过馈源紧固螺栓10安装在馈源安装孔11上。偏转刻度盘5用于观察透镜的偏转角度。底座7用于将透镜天线固定在测试支架上。机械伺服结构3可以实现对透镜偏转角度和圆锥喇叭天线位置的调节。 

经测试，本透镜天线轴向口径效率可以达到66％，扫描角度达到±50°(扫描增益下降3dB)。 

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。 

Claims (4)

1.宽角扫描钟型双折射面透镜天线，其特征在于：包括钟型双折射面透镜(1)、圆锥喇叭天线(2)、机械伺服结构(3)；钟型双折射面透镜(1)为钟型实体结构，下表面为平面，上表面为编钟型曲面；圆锥喇叭天线(2)的波导上装有可调节的刻度条(6)，在圆锥喇叭天线(2)的末端接有波导同轴转换部件(9)；机械伺服结构(3)包括偏转刻度盘(5)、底座(7)、馈源安装孔(11)、支架(12)；在底座(7)上与钟型双折射面透镜(1)下表面边缘的两侧对称位置固定装有支架(12)，将钟型双折射面透镜(1)固定安装在支架(12)上；两个支架(12)之间有一横梁，横梁中心位置挖有馈源安装孔(11)；圆锥喇叭天线(2)穿过馈源安装孔(11)固定安装在横梁上，使圆锥喇叭天线(2)的相位中心与钟型双折射面透镜(1)的焦点重合；偏转刻度盘(5)安装在支架(12)的一侧。

2.根据权利要求1所述的宽角扫描钟型双折射面透镜天线，其特征在于：所述的钟型双折射面透镜(1)的透镜材料为聚苯乙烯。

3.根据权利要求1所述的宽角扫描钟型双折射面透镜天线，其特征在于：所述的圆锥喇叭天线(2)为圆极化天线或线极化天线。

4.根据权利要求1所述的宽角扫描钟型双折射面透镜天线，其特征在于：所述的圆锥喇叭天线(2)具有对应钟型双折射面透镜(1)口径的-10dB锥削照射角。

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