CN105870640A - 一种透镜接收天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透镜接收天线，将两个厚度均匀的凸透镜天线、一个圆周方向厚度变化的平凸透镜天线依次放置在同一轴平面上，将馈源天线放置在圆周方向厚度变化的平凸透镜天线之后。将金属支杆的一端连接伺服控制模块带动的驱动圆盘中心轴，另一端连接圆周方向厚度变化的平凸透镜天线的中心轴。馈源天线后端接入图像接收处理模块。本发明只用单一的厚度均匀变化的透镜天线以均匀速度绕透镜的轴中心进行周期性旋转就可以进行目标物体的扫描成像，前置的两个凸透镜实现了将分散的波束进行聚集实现了目标物体成像的完整性，且结构简单，成本低，图像质量好，成像时间短，在一定范围内物体的快速实时成像。增加了视场范围和分辨率。

Description

一种透镜接收天线
技术领域
本发明涉及透镜天线，尤其涉及一种透镜接收天线，属于毫米波技术领域。
背景技术
随着毫米波技术的发展，毫米波成像越来越受到国内外等各个领域包括军事探测，地图遥感，远距离探测目标等方面的青睐。在成像系统中，天线对于物体的成像具有很重要的作用。目前大多数采用的天线是利用天线阵列，球形透镜或者多馈源进行物体的扫描成像，但是这些方法对于实际应用来说设计麻烦，成本高，不易于进行实际操作。
发明内容
为了解决上述问题的不足，本发明提供了一种单一的透镜天线且结构简单，便于安装，节约成本。适应频率为200GHZ的毫米波成像。
本发明所采用的技术方案是一种透镜接收天线，包括三个介质透镜天线、一个伺服控制模块、一个馈源天线、一个金属支杆；三个介质透镜天线包括两个厚度均匀的凸透镜天线和一个圆周方向厚度变化的平凸透镜天线；
将两个厚度均匀的凸透镜天线、一个圆周方向厚度变化的平凸透镜天线依次放置在同一轴平面上，将馈源天线放置在圆周方向厚度变化的平凸透镜天线之后。将金属支杆的一端连接伺服控制模块带动的驱动圆盘中心轴，另一端连接圆周方向厚度变化的平凸透镜天线的中 心轴。同时，馈源天线后端接入图像接收处理模块。
所述三个介质透镜天线其中两个为厚度均匀且焦距相同的厚度均匀的凸透镜天线，另一个为厚度不均匀的平凸透镜天线。两个凸透镜天线的焦距要小于平凸透镜天线焦距。
所述厚度不均匀的平凸透镜天线，其厚度沿圆周方向呈现均匀的厚度变化，使其沿着圆周方向顺时针从0度到180度的折射率从2到1均匀的变化，从180度到360度的折射率从1到2均匀的变化。
所述的两个厚度均匀的凸透镜天线依次放置且两透镜天线之间相隔的距离为两凸透镜焦距之和，同时厚度均匀变化的平凸透镜天线的凸面对着前面的凸透镜天线，且厚度均匀变化的平凸透镜与厚度均匀的凸透镜天线之间的距离相隔为大于等于平凸透镜天线的凸面焦距。根据波长公式计算出频率为200GHZ的毫米波的波长为1.5mm，所以要求各透镜天线的半径、焦距至少要求为15mm。所述馈源天线的焦距口径比要接近于1。
所述的伺服控制模块主要用于通过控制步进电机带动驱动圆盘进行周期性的均匀速度进行旋转。进而带动平凸透镜天线进行周期性匀速旋转，所述的两个厚度均匀的凸透镜天线则静止不动。
所述的伺服模块包括步进电机、电机驱动器、电源保护器、同步带；步进电机通过同步带与驱动圆盘连接，通过步进电机的匀速顺时针转动带动金属支杆转动，从而带动厚度呈现均匀变化的平凸透镜天线进行周期性匀速转动，所述的步进电机由电机驱动器直接控制，电机驱动器连接电源保护器，电源保护器中装有电源保护系统，从而保 护整个系统的运作。
所述的馈源天线是由单一的喇叭馈源天线制成，将该馈源天线放置在厚度均匀变化的平凸透镜天线的凸面焦距的焦平面上，组成完整的介质透镜接收天线。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
本发明的毫米波接收透镜天线，只用单一的厚度均匀变化的透镜天线以均匀速度绕透镜的轴中心进行周期性旋转就可以进行目标物体的扫描成像，前置的两个凸透镜实现了将分散的波束进行聚集实现了目标物体成像的完整性，且结构简单，成本低，图像质量好，成像时间短，在一定范围内物体的快速实时成像。增加了视场范围和分辨率
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是接收天线系统结构图；
图3是厚度均匀变化的平凸透镜的剖视图；
图4是厚度均匀变化的透镜天线与伺服模块的结构图。
图中：1、厚度均匀的凸透镜天线，2、圆周方向厚度变化的平凸透镜天线，3、伺服模块，4、馈源天线，5、金属支杆，6、同步带，7、驱动圆盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施对本发明做进一步的说明。
本发明要求的平凸透镜天线的厚度沿圆周方向进行的均匀变化， 另外两个凸透镜天线要求厚度呈现均匀不变且凸透镜的焦距要比平凸透镜的焦距要小，通过厚度曲率的变化使透镜的折射率从0度的2到180度的1再到360度的2进行连续的均匀变化。根据理论可知，凸透镜天线对于电磁波具有汇聚的作用，经过透镜能够汇聚到一点。因此前置的两个凸透镜天线的作用是使分散的有效的电磁波经过该透镜变的密集以至于能够将目标物体反射的绝大部分的有效电磁波可以透过厚度呈现均匀变化的平凸透镜天线。电磁波平行穿过凸透镜汇聚在凸透镜的焦点上再经过一次凸透镜天线使其能够成平行波穿过后置的平凸透镜，厚度均匀变化的平凸透镜的凸面朝向前一个透镜。本发明通过步进电机带动驱动圆盘连接的金属支杆沿圆周进行周期性匀速转动从而带动厚度均匀变化的平凸透镜周期性的匀速旋转，对目标物体不同的点的进行扫描，从而实现物体的成像，降低整个系统的成本，通过改进伺服模块中步进电机的转动速度可以控制成像的速度，通过研究发现，步进电机的速度最好控制在3转每秒。采用准光学法即射线追踪法估算出厚度均匀变化的平凸透镜的最佳馈源位置即电磁波经平凸透镜所汇聚的焦点的位置即焦平面，然后将馈源天线的相位中心与该厚度均匀变化的平凸透镜天线的焦点位置重合，组成焦平面阵列，从而提高了天线的孔径效率，更好的进行实时成像。同样采用射线追踪法估算出两个厚度均匀的凸透镜的天线的焦点，将两个凸透镜依次放置在厚度均匀变化的透镜的前方，两个凸透镜之间的距离要求两凸透镜焦距之和，中间的凸透镜天线与平凸透镜天线之间的距离大于等于1倍的平凸透镜凸面的焦距，其中各个透镜的焦距 至少为15mm，从而实现频率为200GHZ的毫米波范围，有利于增加视场范围，增加分辨率。为了更好的满足要求，本发明将两个凸透镜的焦距定为38mm，厚度为20mm,将平凸透镜的凸面的焦距定为47mm，厚度为30mm,口径为45mm。两个凸透镜之间的距离为76mm，中间的凸透镜与平凸透镜的距离为85mm，平凸透镜与后置的馈源之间的距离为47mm(正好在平凸透镜凸面的焦点上)。
如图1所示，毫米波成像的总体结构，发射天线发射电磁波到物体，物体发射的一部分电磁波经过接收天线传送到后面的接收处理系统进行物体图像的接收处理等操作。
如图2所示，接收天线系统的结构图。它包括一个厚度均匀变化的平凸透镜天线1，两个厚度均匀的凸透镜天线2，一个伺服模块3，一个馈源天线4。将两个厚度均匀的凸透镜1安装在接收天线系统的前方，其中两个凸透镜之间的距离相隔2倍的焦距即76mm，将厚度均匀变化的平凸透镜天线2放在厚度均匀变化的透镜天线1的后面，凸面对着前一个透镜，且三个透镜放在同一轴平面上。将伺服控制模块与厚度均匀变化的平凸透镜的中心轴连接，使之可以通过驱动厚度均匀变化的平凸透镜进行顺时针的匀速的绕中心轴转动。将馈源天线放在厚度均匀变化的透镜的焦平面上，馈源天线后面接图像后续处理系统。
如图3所示，所述的厚度均匀的平凸透镜天线剖视图，为方便看图，将透镜用曲线划分，厚度沿圆周方向呈现均匀的变化。
如图4所示，所述的伺服模块与厚度沿圆周均匀变化的平凸透镜 之间的连接，伺服模块3中的直流电机通过带动皮带轮进而带动驱动圆盘上的金属支杆进行顺时针的绕中心轴转动从而使厚度均匀变化的平凸透镜转动实现目标物体的扫描成像。
所述的伺服模块的结构简图，伺服控制模块包括电源保护器，同步带，步进电机，电源保护器保护系统的安全。通过改动直流电机的转速，可以改变透镜天线的转速，从而实现对于目标物体扫描成像所用的时间。
以上是本发明的具体实施方式，本领域的技术人员可以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一种透镜接收天线。本发明的厚度沿圆周方向呈现均匀透镜通过伺服模块顺时针匀速转动，可以实现目标物体的多点扫描，实现目标的成像，降低制作成本。

Claims (7)

1.一种透镜接收天线，其特征在于：该透镜接收天线包括三个介质透镜天线、一个伺服控制模块、一个馈源天线、一个金属支杆；三个介质透镜天线包括两个厚度均匀的凸透镜天线和一个圆周方向厚度变化的平凸透镜天线；
将两个厚度均匀的凸透镜天线、一个圆周方向厚度变化的平凸透镜天线依次放置在同一轴平面上，将馈源天线放置在圆周方向厚度变化的平凸透镜天线之后；将金属支杆的一端连接伺服控制模块带动的驱动圆盘中心轴，另一端连接圆周方向厚度变化的平凸透镜天线的中心轴；同时，馈源天线后端接入图像接收处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种透镜接收天线，其特征在于：所述三个介质透镜天线其中两个为厚度均匀且焦距相同的厚度均匀的凸透镜天线，另一个为厚度不均匀的平凸透镜天线；两个凸透镜天线的焦距要小于平凸透镜天线焦距。
3.根据权利要求1所述的一种透镜接收天线，其特征在于：所述厚度不均匀的平凸透镜天线，其厚度沿圆周方向呈现均匀的厚度变化，使其沿着圆周方向顺时针从0度到180度的折射率从2到1均匀的变化，从180度到360度的折射率从1到2均匀的变化。
4.根据权利要求1所述的一种透镜接收天线，其特征在于：所述的两个厚度均匀的凸透镜天线依次放置且两透镜天线之间相隔的距离为两凸透镜焦距之和，同时厚度均匀变化的平凸透镜天线的凸面对着前面的凸透镜天线，且厚度均匀变化的平凸透镜与厚度均匀的凸透镜天线之间的距离相隔为大于等于平凸透镜天线的凸面焦距；根据波长公式计算出频率为200GHZ的毫米波的波长为1.5mm，所以要求各透镜天线的半径、焦距至少要求为15mm；所述馈源天线的焦距口径比要接近于1。
5.根据权利要求1所述的一种透镜接收天线，其特征在于：所述的伺服控制模块主要用于通过控制步进电机带动驱动圆盘进行周期性的均匀速度进行旋转；进而带动平凸透镜天线进行周期性匀速旋转，所述的两个厚度均匀的凸透镜天线则静止不动。
6.根据权利要求1所述的一种透镜接收天线，其特征在于：所述的伺服模块包括步进电机、电机驱动器、电源保护器、同步带；步进电机通过同步带与驱动圆盘连接，通过步进电机的匀速顺时针转动带动金属支杆转动，从而带动厚度呈现均匀变化的平凸透镜天线进行周期性匀速转动，所述的步进电机由电机驱动器直接控制，电机驱动器连接电源保护器，电源保护器中装有电源保护系统，从而保护整个系统的运作。
7.根据权利要求1所述的一种透镜接收天线，其特征在于：所述的馈源天线是由单一的喇叭馈源天线制成，将该馈源天线放置在厚度均匀变化的平凸透镜天线的凸面焦距的焦平面上，组成完整的介质透镜接收天线。
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