CN107623174B - 介质透镜以及劈裂天线 - Google Patents

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Abstract

提供了一种介质透镜，介质透镜为横截面轮廓为准椭圆的柱状透镜或椭球状透镜；该介质透镜由多个单元体堆砌而成。单元体在介质透镜中的介电常数分布使得沿准椭圆的短轴方向的非平面波经介质透镜变为平面波。介质透镜的单元体采用挤出、注塑、模压、CNC加工或3D打印工艺技术进行制备，并且单元体的组装方式可以采用胶接、焊接、结构卡接或由3D打印直接打印连接。该介质透镜应用于劈裂天线时，能够提高通信系统的系统容量。并且与传统圆柱状龙伯透镜天线相比，达到劈裂天线降低透镜厚度的目的。

Description

介质透镜以及劈裂天线
技术领域
本发明实施例涉及通信领域，并且更具体地，涉及一种介质透镜以及劈裂天线。
背景技术
通讯行业所使用的传统天线，如图1所示，通常由三个主要部分组成：(1)天线罩；(2)馈电网络、反射板和振子阵列；(3)围框和模块(有源)。随着用户量的大幅度地增长，目前的网络正面临着系统容量紧张的问题。
劈裂天线技术致力于提高移动通信系统的系统容量，提高系统的通信质量，是一种具有良好的应用前景的技术方案。一种可行的方案是在劈裂天线中设置电磁透镜从而提高系统容量，如何设计电磁透镜成为技术瓶颈。
发明内容
本发明实施例提供一种介质透镜，能够用于劈裂天线，以提高通信系统的系统容量。
第一方面，提供了一种介质透镜，所述介质透镜为柱状透镜，所述柱状透镜的横截面轮廓为准椭圆，所述柱状透镜由多个单元体堆砌而成，所述多个柱状单元体在所述介质透镜中的介电常数分布使得沿所述准椭圆的短轴方向的非平面波经所述透镜变为平面波；其中，所述每个柱状单元体的长度等于所述柱状透镜的长度。
这样，本发明实施例中的介质透镜的横截面为准椭圆，且该使得从所述准椭圆的短轴方向的非平面波经所述介质透镜变为平面波。这样该介质透镜作为电磁透镜应用于劈裂天线时，能够提高通信系统的系统容量。并且，本发明实施例中，准椭圆的长轴方向沿着天线的宽度方向，准椭圆的短轴方向沿着天线的厚度方向，由于准椭圆的短轴小于长轴，因此在该介质透镜应用于劈裂天线时，在劈裂天线的厚度方向所增加的尺寸能够满足劈裂天线的尺寸需求。
具体地，现有技术的龙伯透镜应用与劈裂天线时，在天线的厚度和宽度的方向所增加的尺寸基本是一致的。然而，本发明实施例中的介质透镜，由于准椭圆的短轴小于长轴，能够保证天线性能的情况下，天线的厚度大大减小。也就是说，相比于现有技术中的龙伯透镜，本发明实施例中的介质透镜能够使得天线在厚度方向大大降低。
可选地，其中的介电常数分布是基于费马原理及斯奈尔定律数值拟合得出的。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，该介质透镜的长度表示为L，且100mm≤L≤3500mm。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，该介质透镜的横截面的准椭圆的长轴表示为Da，短轴表示为Db，且1mm≤Db<Da≤450mm。
结合第一方面或第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述多个柱状单元体之间的连接为以下的任意一种：焊接、胶接、结构卡接，由3D打印技术打印连接。所述多个柱状单元体的制备工艺为以下的任意一种：挤出、注塑、模压、数控机床(Computer Numerical Control，CNC)加工和3D打印工艺技术。
结合第一方面或第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述每个单元体为实心体。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，单元体的横截面为第一多边形。
可选地，第一多边形可以为正多边形。
可选地，第一多边形为第一圆的内接多边形，所述第一圆的直径表示为D1，其中，1mm≤D1≤450mm。
可选地，第一多边形为第一椭圆的内接多边形，所述第一椭圆的长轴表示为D1a，短轴表示为D1b，其中，1mm≤D1b<D1a≤450mm。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述单元体的横截面为第四圆或第四椭圆，所述第四圆的直径表示为D4，所述第四椭圆的长轴表示为D4a，短轴表示为D4b，其中，1mm≤D4≤450mm，1mm≤D4b<D4a≤450mm。
结合第一方面或第一方面的第一至第三的任意一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述每个单元体为空心体。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，单元体的横截面的外轮廓为第二多边形，内轮廓为第三多边形。
可选地，所述第二多边形的边数与所述第三多边形的边数相等或不相等。
可选地，所述第二多边形为正多边形，和/或，所述第三多边形为正多边形。
可选地，所述第二多边形为第二圆的内接多边形，所述第三多边形为第三圆的内接多边形，所述第二圆的直径表示为D2，所述第三圆的直径表示为D3，其中，1mm≤D3<D2≤450mm。
可选地，所述第二多边形为第二椭圆的内接多边形，所述第三多边形为第三椭圆的内接多边形，所述第二椭圆的长轴表示为D2a，短轴表示为D2b，所述第三椭圆的长轴表示为D3a，短轴表示为D3b，其中，1mm<D3a<D2a≤450mm，1mm≤D3b<D2b<450mm，且D2a>D2b；D3a>D3b。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述单元体的横截面的外轮廓为第五椭圆，内轮廓为第六椭圆，所述第五椭圆的长轴表示为D5a，短轴表示为D5b，所述第六椭圆的长轴表示为D6a，短轴表示为D6b，其中，1mm<D6a<D5a≤450mm，1mm≤D6b<D5b<450mm，且D5a>D5b；D6a>D6b。
第二方面，提供了一种介质透镜，所述介质透镜为准椭球状透镜，所述准椭球状透镜的最大截面为准椭圆，所述准椭球状透镜由多个单元体紧密堆砌而成，所述多个单元体在所述介质透镜中的介电常数分布使得沿所述准椭圆的短轴方向的非平面波经所述透镜变为平面波；其中，每个单元体为实心体或空心体。
这样，本发明实施例中的介质透镜为准椭球状透镜，最大截面为准椭圆，且该使得从所述准椭圆的短轴方向的非平面波经所述介质透镜变为平面波。这样该介质透镜作为电磁透镜应用于劈裂天线时，能够提高通信系统的系统容量。并且，本发明实施例中，准椭圆的长轴方向作为天线的宽度方向，准椭圆的短轴方向作为天线的厚度方向，由于准椭圆的短轴小于长轴，因此在该介质透镜应用于劈裂天线时，在劈裂天线的厚度方向所增加的尺寸能够满足劈裂天线的尺寸需求。与传统圆柱状龙伯透镜天线相比，达到劈裂天线降低透镜厚度的目的。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述多个单元体之间的连接为以下的任意一种：焊接、胶接、结构卡接，由3D打印技术打印连接。所述多个单元体的制备工艺为以下的任意一种：挤出、注塑、模压、CNC加工和3D打印工艺技术。
结合第二方面或第二方面的上述第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述单元体为实心的第一多面体。
可选地，所述第一多面体为正多面体。例如，第一多面体为正四面体或正八面体等。
可选地，所述第一多面体为第一球的内接多面体，所述第一球的直径表示为d1，其中，1mm≤d1≤450mm。
可选地，所述第一多面体为第一旋转椭球的内接多面体，所述第一旋转椭球的长轴表示为d1a，短轴表示为d1b，其中，1mm≤d1b<d1a≤450mm。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述单元体为空心体，所述单元体的外轮廓为第二多面体，内轮廓为第三多面体。
可选地，所述第二多面体为正多面体，和/或，所述第三多面体为正多面体。
可选地，第二多面体的面数与第三多面体的面数可以相等或不相等。
可选地，所述第二多面体为第二球的内接多面体，所述第三多面体为第三球的内接多面体，所述第二球的直径表示为d2，所述第三球的直径表示为d3，其中，1mm≤d3<d2≤450mm。
可选地，所述第二多面体为第二旋转椭球的内接多面体，所述第三多面体为第三旋转椭球的内接多面体，所述第二旋转椭球的长轴表示为d2a，短轴表示为d2b，所述第三旋转椭球的长轴表示为d3a，短轴表示为d3b，其中，1mm≤d3a<d2a≤450mm，1mm≤d3b<d2b≤450mm，且d2a＞d2b；d3a＞d3b。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述单元体为实心体，所述单元体为第四球或第四旋转椭球，所述第四球的直径表示为d4，所述第四旋转椭球的长轴表示为d4a，短轴表示为d4b，其中，1mm≤d4≤100mm，1mm≤d4b<d4a≤450mm。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第五种可能的实现方式中，所述单元体为空心体，所述单元体的外轮廓为第五旋转椭球，内轮廓为第六旋转椭球；所述第五旋转椭球的长轴表示为d5a，短轴表示为d5b，所述第六旋转椭球的长轴表示为d6a，短轴表示为d6b，其中，1mm≤d6a<d5a≤450mm，1mm≤d6b<d5b≤450mm，且d5a＞d5b；d6a＞d6b。
第三方面，提供了一种劈裂天线，包括：天线罩、介质透镜、反射板和振子阵列；
所述介质透镜置于所述天线罩与所述振子阵列之间，所述振子阵列作为所述介质透镜的馈源，
所述振子阵列置于所述介质透镜与所述反射板之间，所述振子阵列所需的馈电网络置于所述反射板的背面或与所述反射板集成为一体，
其中，所述介质透镜沿着所述劈裂天线的厚度方向具有第一尺寸，所述介质透镜沿着所述劈裂天线的宽度方向具有第二尺寸，且所述第一尺寸小于所述第二尺寸。
结合第三方面，在第三方面的一种实现方式中，该介质透镜为前述第一方面或者第一方面的任一种可能的实现方式中的介质透镜，或者，该介质透镜为前述第二方面或者第二方面的任一种可能的实现方式中的介质透镜。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统天线的示意图。
图2是使用龙伯透镜的劈裂天线的示意图。
图3是图2中的龙伯透镜的介电常数分布的示意图。
图4是使用龙伯透镜的劈裂天线的另一示意图。
图5是龙伯透镜将非平面波转化为平面波的一个示意图。
图6是本发明实施例的介质透镜原理的一个示意图。
图7是椭圆透镜横截面电磁射线传输路径几何关系的示意图。
图8是本发明一个实施例的介质透镜的示意图。
图9(a)-(f)是本发明一个实施例的柱状透镜的单元体的横截面的示意图。
图10是本发明一个实施例的柱状透镜的横截面介电常数分布的示意图。
图11是本发明另一个实施例的介质透镜的示意图。
图12是本发明一个实施例的旋转椭球状透镜的形成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是传统天线的示意图。图1中的传统天线包括：(1)天线罩；(2)馈电网络、反射板和振子阵列；(3)围框和模块(有源)。另外，图1中还示出了天线的维度，分别是宽度(W)，厚度(H)和长度(L)。
随着用户量的大幅度增长，目前的网络正面临着频率资源限制、信道容量限制、站点资源获取难度加大、远近效应、系统干扰、部分小区严重拥塞等问题。劈裂天线技术致力于提高移动通信系统的系统容量，提高系统的通信质量，是一种具有良好的应用前景的技术方案。目前劈裂天线的设计方法主要是采用巴特勒(Butler)矩阵对多列天线进行馈电，在水平方向上形成多个波束，这样能够解决资源限制的问题。这里的水平方向即天线的宽度方向。然而，当要求劈裂的波束越多时，相应地也需要越多的天线列数，从而导致天线的宽度会很宽。但是宽度太宽(例如大于450mm)，会给实际安装和布局带来困难。
为了能在满足天线在水平维上存在多个非相干波束的同时，减小天线的宽度，如图2所示，在图1所示的(1)天线罩和(2)馈电网络、反射板和振子阵列之间增加了一个电磁透镜，即“龙伯透镜”。这样可以利用透镜材料的相对介电常数的变化将多个馈源分别发出的非平面波转换为平面波，从而形成多个波束。可见，使用电磁透镜可以在不增加天线宽度的同时，在水平方向上形成多个波束。
图2中所述的圆柱透镜即龙伯透镜。如图3所示，为图2中的圆柱透镜的横截面介电常数分布示意图，其中不同的灰度表示不同的介电常数，相同颜色或灰度代表一种介电常数值。
结合适合的馈源系统，这种圆形截面的龙伯透镜可以实现性能良好的多波束性能，这种天线的宽度可做到450mm以内。然而，由于圆柱透镜的横截面为圆形，使用该圆柱透镜势必会增加劈裂天线的厚度，具体地，圆柱透镜加上馈源系统，使得天线的厚度很厚，通常该厚度大于400mm。
与图2中的圆柱透镜类似地，在实际应用中，也有人把此类电磁透镜设计为球形，该球形的透镜可以放置在球形的天线罩之内，如图4所示。该球形的透镜材料有几层不同的介电常数的同心圆球壳体材料组成，每层的介电常数相同，但是使用该球形透镜的天线很大，目前已知的球形透镜的直径大于或等于800mm。
可见，目前的方案是依靠圆形截面的龙伯透镜，能够实现由馈源辐射的非平面波转化为平面波，也就是说，通过多列馈源照射即可形成多个辐射波束。该原理的示意图如图5所示。然而，目前的方案存在天线剖面高、满足一定介电常数分布的材料制作困难的不足。
具体地，由于龙伯透镜采用圆柱形状，在实现多劈裂波束时，在宽度维度上可以有效的减少宽度，但在厚度上，由于存在天线罩、透镜、馈源、反射板、馈电网络及后盖板等，客观上大大增加了天线整体的厚度，在特定情况下，客户难以接受。另外，现有方案的透镜材料采用聚合物内掺杂金属颗粒的方式，使得材料的介电常数空间分布满足透镜要求，此种方法按照一定的聚合物和金属颗粒的配比一次发泡成型，其介电常数分布的精度难以控制，当改变透镜介电常数分布时，需要重新配比材料进行制作。
高增益劈裂式多扇区是W3市场通用移动通信系统(Universal MobileTelecommunication System，UMTS)/长期演进(Long Term Evolution，LTE)关键解决方案，同时也是构筑企业天线竞争力的重要方向；是最大化站点容量，为无线空分技术发展奠定基础的重要课题。其中，天线设计的轻量化、小型化是一项亟待解决的问题。
本发明实施例针对多劈裂透镜天线，提出了一种介质透镜。该介质透镜能够作为应用于劈裂天线的电磁透镜。该介质透镜具有椭圆形截面，能够实现与圆形截面透镜相同的性能，如图6所示，该介质透镜可以使得沿椭圆的短轴方向的馈源发出的非平面波经该介质透镜变为平面波。
如图7所示为椭圆透镜横截面电磁射线传输路径几何关系的示意图，透镜截面为椭圆，该椭圆的长轴为2a，短轴为2b，透镜材料的折射率分布为n(x，y)，馈源相位中心位于透镜焦点位置F，要使透镜辐射口面具有高效率，必须使AB平面为等相面，即从F点出发的每一根射线FP1P2Q等电长度。满足方程
Figure BDA0001049762810000081
其中，δ为变分算子，const表示常数。
并且，更进一步地，该介质透镜应用于劈裂天线时，椭圆的长轴方向沿着天线的宽度方向，椭圆的短轴方向沿着天线的厚度方向。由于椭圆的短轴小于长轴，这样，劈裂天线在满足宽度要求的同时，能够满足厚度方向的尺寸要求，实现劈裂天线的轻量化和小型化。下面将对该介质透镜进行详细的描述。
本发明实施例的介质透镜可以为柱状透镜或者类椭球状透镜，能够应用于相应形状的天线。可理解，该介质透镜也可以是其他的形状，例如类圆台状透镜等等，这里不再一一罗列。
图8是本发明一个实施例的介质透镜的示意图。图8所示的介质透镜为柱状透镜，该柱状透镜的横截面轮廓为准椭圆。
本发明实施例中，准椭圆(quasi-elliptic)为近似的椭圆，也可以称为近似椭圆或拟椭圆或类似椭圆或类椭圆。
其中，该柱状透镜的长度可以表示为L，可理解，横截面是指与长度方向垂直的截面。
该柱状透镜可以具有两个端面，分别为第一端面和第二端面。其中，该第一端面和第二端面均为平面，且第一端面与第二端面平行。
具体地，第一端面和第二端面为与柱状透镜的长度方向垂直的最外侧的两个表面。可选地，上述的横截面可以为与第一端面(或第二端面)平行的任一面，例如上述的横截面可以为第一端面(或第二端面)。
所述柱状透镜由多个柱状单元体堆砌而成，所述多个柱状单元体在所述介质透镜中的介电常数分布使得沿所述准椭圆的短轴方向的非平面波经所述透镜变为平面波；其中，所述每个柱状单元体的长度等于所述柱状透镜的长度。
可选地，所述柱状透镜由多个柱状单元体横向紧密堆砌而成。可选地，所述介电常数分布可以是基于费马原理及斯奈尔定律数值拟合得出的。
也就是说，每个柱状单元体的长度也可表示为L。可选地，100mm≤L≤3500mm。应注意，L的值可以为100mm与3500mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，L＝2500mm或L＝3000mm等等。
柱状单元体可以具有两个相互平行的端面，并且这两个相互平行的端面可以分别位于第一端面和第二端面。
其中，所述多个柱状单元体之间的连接方式为以下的至少一种：焊接、胶接、结构卡接、由3D打印技术打印连接。
其中，焊接可以为超声焊接或扩散焊接，也可以是其他形式的焊接，本发明对此不限定。
另外，同一柱状透镜中的多个柱状单元体之间的连接方式可以相同或不同。例如，某些柱状单元体之间的连接方式为焊接，另外一些柱状单元体之间的连接方式为胶接。例如，某些柱状单元体之间的连接方式为超声焊接，另外一些柱状单元体之间的连接方式为扩散焊接。
可理解，多个柱状单元体的端面可以是对齐的。举例来说，每个柱状单元体都具有两个端面，表示为端面A和端面B。那么，每个柱状单元体的端面A都彼此对齐，并且每个柱状单元体的端面B都彼此对齐。
柱状透镜的横截面为类椭圆，这里的类椭圆包括椭圆。也就是说，柱状透镜的横截面可以为椭圆。柱状透镜的长度可以表示为L，类椭圆的长轴可以表示为Da，短轴可以表示为Db。其中，100mm≤L≤3500mm，1mm≤Db<Da≤450mm，并且，一般地，Db<Da≤L。
应注意，Da和Db满足Db<Da，且Da和Db的值均可以为1mm与450mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，Da＝400mm或Db＝350mm等等。本发明实施例对Da和Db之间比值不作限定，例如，可以是Db＝2×Da，或者也可以是Db＝10×Da等等。
其中，单元体可以为实心体或空心体。可理解，组成该介质透镜的多个柱状单元体可以全部为实心体，或者，可以全部为空心体，或者，可以部分为实心体部分为空心体。
从一个单元体的角度来说，作为一个实施例，单元体可以为实心体，该单元体的横截面可以为第一多边形。
其中，第一多边形可以为正多边形，或，第一多边形为非正多边形。
可选地，组成该介质透镜的多个柱状单元体可以全部为实心体。其中，多个柱状单元的横截面(即第一多边形)可以都为正多边形。或者，多个柱状单元的横截面可以都为非正多边形。或者，多个柱状单元中的部分柱状单元体的横截面为正多边形，部分单元体的横截面为非正多边形。本发明对此不限定。
可选地，第一多边形可以是具有第一外接圆的多边形，也就是说，第一多边形可以是第一圆的内接多边形。其中，第一圆的直径可以表示为D1，且1mm≤D1≤450mm。应注意，D1的大小也可以是其他的数值，这里不作限定。一般地，应满足：D1<Db<Da。
应注意，1mm≤D1≤450mm表示D1的值可以为1mm与450mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，1mm≤D1≤100mm或D1＝2mm或D1＝150mm等等。
如图9(a)所示，为单元体的横截面的一例，图9(a)所示的第一多边形为正六边形。
若第一多边形为正多边形，且该第一多边形的边数大于预设的第一阈值时，可以将该第一多边形近似为圆形。其中，该近似的圆形为该第一多边形的外接圆，即为第一圆。也就是说，单元体的横截面可以为圆形。举例来说，第一阈值可以等于12或20。
可选地，第一多边形可以是具有第一外接椭圆的多边形，也就是说，第一多边形可以是第一椭圆的内接多边形。其中，第一椭圆的长轴表示为D1a，短轴表示为D1b，且，1mm≤D1b<D1a≤450mm。应注意，D1a和D1b的大小也可以是其他的数值，这里不作限定。一般地，应满足：D1b≤Db，且D1a≤Da。
应注意，D1a和D1b满足D1b<D1a，且D1a和D1b的值均可以为1mm与450mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，1mm≤D1b<D1a≤100mm或D1a＝15mm，D1b＝2mm等等。
如图9(b)所示，为单元体的横截面的一例，图9(b)所示的第一多边形为六边形，且图9(b)所示的第一多边形为非正多边形。
若第一多边形为具有第一对称轴和第二对称轴的多边形，且第一对称轴为该第一椭圆的长轴，第二对称轴为该第一椭圆的短轴，那么当该第一多边形的边数大于预设的第二阈值时，可以将该第一多边形近似为椭圆形。其中，该近似的椭圆形为该第一多边形的外接椭圆，即为第一椭圆。也就是说，单元体的横截面可以为椭圆。举例来说，第二阈值可以等于12或20。
从一个单元体的角度来说，作为另一个实施例，单元体可以为实心体，该单元体的横截面为第一圆或第一椭圆。
其中，第一圆的直径表示为D1，1mm≤D1≤450mm。或者，其中，第一椭圆的长轴表示为D1a，短轴表示为D1b，1mm≤D1b<D1a≤450mm。
应注意，D1的值可以为1mm与450mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，1mm≤D1≤100mm或D1＝5mm等等。一般地，应满足：D1<Db<Da。
应注意，D4a和D4b满足D4b<D4a，且D4a和D4b的值均可以为1mm与450mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，1mm≤D1b<D1a≤100mm或D4a＝20mm，D4b＝5mm等等。一般地，应满足：D1b≤Db，且D1a≤Da。
从一个单元体的角度来说，作为另一个实施例，单元体可以为空心体，该单元体的横截面的外轮廓为第二多边形，内轮廓为第三多边形。其中，第二多边形与第三多边形的边数可以相等或不相等。
其中，第二多边形可以为正多边形，或，第二多边形为非正多边形。其中，第三多边形可以为正多边形，或，第三多边形为非正多边形
可选地，第二多边形为正多边形，第三多边形为正多边形，其中，第二多边形与第三多边形的边数相等或不相等，此时，第二多边形与第三多边形可以具有相同的或者不同的对称轴。可选地，第二多边形为正多边形，第三多边形为非正多边形，其中，第二多边形与第三多边形的边数相等或不相等。可选地，第二多边形为非正多边形，第三多边形为正多边形，其中，第二多边形与第三多边形的边数相等或不相等。可选地，第二多边形非正多边形第三多边形为非正多边形，其中，第二多边形与第三多边形的边数相等或不相等。
本发明实施例中，第二多边形可以是第二圆或第二椭圆的内接多边形，第三多边形可以是第三圆或第三椭圆的内接多边形。
可选地，第二多边形可以是具有第二外接圆的多边形，也就是说，第二多边形可以是第二圆的内接多边形。第三多边形可以是具有第三外接圆的多边形，也就是说，第三多边形可以是第三圆的内接多边形。其中，第二圆与第三圆可以是同心圆，或者也可以不是同心圆。
其中，第二圆的直径可以表示为D2，第三圆的直径可以表示为D3，且1mm≤D3<D2≤450mm。应注意，D2和D3的大小也可以是其他的数值，这里不作限定。一般地，应满足：D3<D2<Db<Da。
应注意，D3和D2满足D3<D2，且D3和D2的值均可以为1mm与450mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，1mm≤D3<D2≤100mm；再例如，D2＝180mm，D3＝100mm等等。
如图9(c)所示，为单元体的横截面的一例，图9(c)所示的第二多边形为正八边形，第三多边形为正八边形。
应注意，尽管图9(c)中，第二多边形与第三多边形的边数相等，且第二多边形的各个边与第三多边形的相应的边是相互平行的，但是图9(c)不应该视为对第二多边形和第三多边形的位置的限定，例如，可以将图9(c)中的第三多边形旋转任意角度后，如10°或20°，依然属于本发明实施例的保护范围。
如图9(d)所示，为单元体的横截面的一例，图9(d)所示的第二多边形为正八边形，第三多边形为正六边形。可见，在图9(d)中，第二多边形与第三多边形的边数不相等。
若第二圆与第三圆为同心圆，第二多边形和第三多边形均为正多边形，且该第二多边形和第三多边形的边数均大于预设的第三阈值，可以将该第二多边形和第三多边形都近似为圆形。其中，第二多边形的边数与第三多边形的边数可以相等或不相等。此时，该第二多边形近似为第二圆，该第三多边形近似为第三圆。也就是说，单元体的横截面可以为圆环形。举例来说，第三阈值可以等于12或20。
可选地，第二多边形可以是具有第二外接椭圆的多边形，也就是说，第二多边形可以是第二椭圆的内接多边形。第三多边形可以是具有第三外接椭圆的多边形，也就是说，第三多边形可以是第三椭圆的内接多边形。
其中，第二椭圆的长轴表示为D2a，短轴表示为D2b。第三椭圆的长轴表示为D3a，短轴表示为D3b。1mm<D3a<D2a≤450mm，1mm≤D3b<D2b<450mm，且D2a>D2b；D3a>D3b。应注意，D2a、D2b、D3a和D3b的大小也可以是其他的数值，这里不作限定。一般地，应满足：D3b<D2b≤Db，且D3a<D2a≤Da。
应注意，D2a、D2b、D3a、D3b满足D3a<D2a、D3b<D2b、D2a>D2b和D3a>D3b，且D2a、D2b、D3a、D3b的值均可以为1mm与450mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，D2a＝180mm，D2b＝100mm，D3a＝80mm，D3b＝40mm等等。
如图9(e)所示，为单元体的横截面的一例，图9(e)所示的第二多边形和第三多边形均为六边形。
应注意，第二多边形与第三多边形的边数也可以不相等。这里不再一一罗列。另外，尽管图9(e)所示的第二椭圆的长轴方向与第三椭圆的长轴方向一致，但图9(e)不应该被认为是该种情形的限定。具体地，第二椭圆的长轴方向与第三椭圆的长轴方向，两者之间可以具有一定的角度，本发明对此不限定。
若第二椭圆与第三椭圆的长轴方向一致，且第二椭圆与第三椭圆的圆心为同一个点，第二多边形和第三多边形均为具有第一对称轴和第二对称轴的多边形，且第一对称轴为该第二椭圆(或第三椭圆)的长轴，第二对称轴为该第二椭圆(或第三椭圆)的短轴。那么当该第二多边形和第三多边形的边数均大于预设的第四阈值时，可以将该第二多边形近似为第二椭圆，将该第三多边形近似为第三椭圆。也就是说，单元体的横截面可以为椭圆圆环。举例来说，第四阈值可以等于12或20。
可选地，第二多边形可以是具有第二外接椭圆的多边形，也就是说，第二多边形可以是第二椭圆的内接多边形。第三多边形可以是具有第三外接圆的多边形，也就是说，第三多边形可以是第三圆的内接多边形。
其中，第二椭圆的长轴表示为D2a，短轴表示为D2b。第三圆的直径表示为D3。1mm<D3<D2b<D2a≤450mm。应注意，D3、D2a和D2b的大小也可以是其他的数值，这里不作限定。一般地，应满足：D3<D2b≤Db，且D2a≤Da。
应注意，D2a、D2b、D3满足D3<D2b<D2a，且D2a、D2b、D3的值均可以为1mm与450mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，D2a＝180mm，D2b＝100mm，D3＝80mm等等。
如图9(f)所示，为单元体的横截面的一例，图9(f)所示的第二多边形为具有外接椭圆的六边形，第三多边形为具有外接圆的正六边形。
可选地，第二多边形可以是具有第二外接圆的多边形，也就是说，第二多边形可以是第二圆的内接多边形。第三多边形可以是具有第三外接椭圆的多边形，也就是说，第三多边形可以是第三椭圆的内接多边形。
其中，第二圆的直径表示为D2，第三椭圆的长轴表示为D3a，短轴表示为D3b。1mm<D3b<D3a<D2≤450mm。应注意，D2、D3a和D3b的大小也可以是其他的数值，这里不作限定。一般地，应满足：D2≤Db。
应注意，D2、D3a、D3b满足D3b<D3a<D2，且D2、D3a、D3b的值均可以为1mm与450mm之间的任意一个值，本发明对此不限定。例如，D2＝150mm，D3a＝100mm，D3b＝80mm等等。
从一个单元体的角度来说，作为另一个实施例，单元体可以为空心体，该单元体的横截面的外壁轮廓为第五圆或第五椭圆，内壁轮廓为第六圆或第六椭圆，所述第五圆的直径表示为D5，所述第六圆的直径表示为D6，所述第五椭圆的长轴表示为D5a，短轴表示为D5b，所述第六椭圆的长轴表示为D6a，短轴表示为D6b，其中，1mm≤D6<D5≤450mm，1mm<D6a<D5a≤450mm，1mm≤D6b<D5b<450mm，且D5a>D5b；D6a>D6b。
可选地，外壁轮廓为第五圆，内壁轮廓为第六圆。一般地，应满足：D6<D5<Db<Da。
可选地，外壁轮廓为第五圆，内壁轮廓为第六椭圆。一般地，应满足：D6b<D6a<D5<Db<Da。
可选地，外壁轮廓为第五椭圆，内壁轮廓为第六圆。一般地，应满足：D6<D5b≤Db，且D5a≤Da。
可选地，外壁轮廓为第五椭圆，内壁轮廓为第六椭圆。一般地，应满足：D6b<D5b≤Db，且D6a<D5a≤Da。
应注意，尽管在上述实施例中，示意性地给出了D1、D2、D3、D4、D5、D6、D1b、D1a、D2b、D2a、D3b、D3a、D4b、D4a、D5b、D5a、D6b、D6a的取值范围，但本发明对该范围不作限定。例如，各自的范围也可以是：1mm≤D1≤200mm，1mm≤D3<D2≤200mm，1mm≤D4≤200mm，1mm≤D6<D5≤200mm，10mm≤D1b<D1a≤100mm，1mm<D3a<D2a≤200mm，1mm≤D3b<D2b<200mm，10mm≤D4b<D4a≤100mm，1mm<D6a<D5a≤200mm，1mm≤D6b<D5b<200mm等等。并且，每个值都可以是其范围内的任一值，这里不再一一罗列。
可理解，本发明实施例中，单元体的横截面也可以是其他的非规则形状的多边形，例如，单元体的横截面可以为第四多边形，且该第四多边形既不具有外接圆也不具有外接椭圆，这里不再一一罗列。
另外，本发明实施例中，多个单元体中，全部单元体的横截面均是一样的，或者，部分单元体的横截面一样或不一样。例如，多个单元体中的部分单元体的横截面为第一圆的内接第二多边形，另外部分单元体的横截面为第一椭圆的内接第三多边形。本发明对此不作限定。
由此可见，柱状透镜是由多个柱状单元体紧密堆砌而成的，如图10所示表示柱状透镜的横截面，该柱状透镜的横截面为类椭圆，同时示出了准椭圆的长轴Da与短轴Db。其中的单元体的横截面可以为正方形(即正四边形)或圆形(如边长大于第一阈值的第一正多边形)。可理解，由于单元体的横截面为多边形，本领域技术人员可理解，本发明实施例中所说的类椭圆为近似的椭圆。
以上结合图9的实施例主要描述了柱状透镜的单元体的截面形状，另外，多个单元体在柱状透镜中的介电常数分布应使得沿柱状透镜的横截面的类椭圆的短轴方向的馈源发出的非平面波经该介质透镜变为平面波。
假设具有坐标轴XY，如图10所示，该柱状透镜的横截面位于该坐标轴XY的平面，那么，单元体的介电常数可以表示为εxy(x,y)。即，单元体的介电常数与其在柱状透镜中的位置有关。具体地，单元体的介电常数为εxy(x,y)，表示介电常数ε与坐标值x和y有关，其中，坐标值x和y可以是单元体横截面的质心的坐标值。
具体实现时，每个单元体的介电常数在误差范围内都是允许的。举例来说，假设某单元体A的介电常数为ε0，那么，该单元体内任意一点处的介电常数的值可以在ε0附近的误差范围内。举例来说，若误差范围为10％，那么该单元体内任意一点的介电常数的值例如，可以是在ε0-ε0×10％至ε0+ε0×10％的范围。
进一步地，本发明实施例还提供了一种介质透镜的制造方法。该制造方法可以包括：
将具有不同介电常数的打印粉末或油墨，得到与所述介质透镜中的每个单元体一一对应的混合物，所述混合物满足对应的单元体的介电常数，所述每个单元体在所述介质透镜中的介电常数分布是基于费马原理及斯奈尔定律进行数值拟合确定的，以使得从所述类椭圆的短轴方向的非平面波经所述介质透镜变为平面波；利用所述混合物，生成所述介质透镜。
可选地，该方法可以是：基于费马原理及斯奈尔定律进行数值拟合，确定所述介质透镜中的每个单元体在所述介质透镜中的介电常数分布，以使得从所述类椭圆的短轴方向的非平面波经所述介质透镜变为平面波；进一步地，使用具有不同介电常数的打印粉末或油墨，获取与所述介质透镜中的每个单元体一一对应的混合物，所述混合物满足对应的单元体的介电常数；并利用所述混合物，生成所述介质透镜。
具体地，可以首先根据劈裂天线的实际需要确定介质透镜的尺寸，并基于介质透镜的尺寸确定单元体的数量、尺寸与形状等。进一步地，可以基于费马原理及斯奈尔定律进行数值拟合，从而确定介电常数分布。例如，可以用COMSOL建模，以得到每个单元体的介电常数。可见，介质透镜中的介电常数可以实现按需设计，介电常数的空间分布可以根据数值仿真确定。
可理解，若单元体与单元体之间存在空隙，例如单元体的横截面为圆形或椭圆形，那么在数值拟合过程中，可以考虑单元体之间的空隙为空气，具有空气的介电常数。也就是说，可以将单元体之间的空隙认为是具有空气的介电常数的“特殊的单元体”。
再例如，如果单元体为空心柱状体，可以认为空心部分为空气，具有空气的介电常数。也就是说，该空心部分“填充”的是具有空气的介电常数的“特殊的单元体”。
可选地，该方法可以是：基于费马原理及斯奈尔定律进行数值拟合，确定所述介质透镜中的每个单元体在所述介质透镜中的介电常数分布，以使得从所述类椭圆的短轴方向的非平面波经所述介质透镜变为平面波；进一步地，基于介电常数分布，采用挤出或注塑、或模压、或CNC加工、或3D打印工艺技术制备多个柱状单元体，并将多个柱状单元体采用焊接、或胶接、或结构卡接的方式进行连接和组装，从而得到柱状透镜。
可见，在得到介电常数分布之后，介质透镜可以用由1)介质透镜由多个柱状单元体组装得到和2)采用3D打印技术一次成型得到。其中介质透镜的单元体组装工艺的制备方法中，第一步：先采用挤出或注塑、或模压、或CNC加工、或3D打印工艺技术制备介质透镜需要的柱状单元体。第二步：将第一步制备的多个柱状单元体采用焊接、或胶接、或结构卡接的方式进行连接和组装得到介质透镜。
本发明实施例中，可以按需涉及介质透镜的尺寸以实现透镜的小型化，所使用的打印粉末或油墨可以是密度低的高分子材料或高分子聚合物等，可以实现透镜的轻量化。这样，该介质透镜应用于劈裂天线时，也能够实现劈裂天线的小型化和轻量化。
进一步，本发明实施例还提供了一种劈裂天线，该劈裂天线包括上述的柱状透镜。具体地，该劈裂天线包括天线罩、介质透镜、反射板和振子阵列；
所述介质透镜置于所述天线罩与所述振子阵列之间，所述振子阵列作为所述介质透镜的馈源，所述振子阵列置于所述介质透镜与所述反射板之间，所述振子阵列所需的馈电网络置于所述反射板的背面或与所述反射板集成为一体。其中，所述介质透镜沿着所述劈裂天线的厚度方向具有第一尺寸，所述介质透镜沿着所述劈裂天线的宽度方向具有第二尺寸，且所述第一尺寸小于所述第二尺寸。
换句话说，该劈裂天线也可以理解是将图2中所述的圆柱透镜替换为本实施例中的柱状透镜，并且该柱状透镜的横截面的类椭圆的短轴沿着天线的厚度方向，长轴沿着天线的宽度方向。
在具体实现时，可以根据劈裂天线的尺寸需求(例如劈裂天线的厚度要求和宽度要求)确定柱状透镜的尺寸(例如类椭圆的短轴和长轴)，再进一步仿真确定柱状透镜的介电常数分布。从而，实现该柱状透镜的按需设计。可见，可以将类椭圆的短轴设计为远小于长轴，也就是说，柱状透镜的厚度远小于宽度。这样使得该介电透镜用于天线时，在天线满足性能的同时，相对于现有的介电不可调或不可设计的其它透镜(例如龙伯透镜)，其厚度可以大大降低，例如厚度可以保证在300mm之内，相应的将该透镜用于天线后，天线的厚度可以降低到350mm以内。对应于某些更优化的方案，该厚度甚至可以做到250mm以内。
这样，本发明实施例的介质透镜能够应用于劈裂天线，以实现通信系统的容量扩充，并且该介质透镜能够实现透镜材料介电常数按需设计，介电常数的空间分布根据电磁仿真确定，使得天线满足性能的同时，其厚度大大降低。
图11是本发明另一个实施例的介质透镜的示意图。图11所示的介质透镜为准椭球状透镜，该准椭球状透镜的最大截面为准椭圆。
其中，准椭球状是指近似的椭球状，准椭球状也可以称为近似椭球状或类似椭球状或类椭球状。并且应理解，准椭球状包括椭球状，也就是说，介质透镜可以为椭球状透镜。准椭圆是指近似的椭圆，准椭圆也可以称为近似椭圆或类似椭圆或类椭圆。并且应理解，准椭圆包括椭圆，也就是说，介质透镜的最大截面可以为椭圆。
一般地，准椭球具有一个长轴和两个短轴，这里的最大截面是指准椭球的长轴与较大短轴所在的截面。
可选地，作为一个实施例，该介质透镜可以为旋转椭球状，该介质透镜可以在几何上认为是椭圆(即最大截面的椭圆)沿着其长轴旋转一周而成的，如图12所示。
所述类椭球状透镜由多个单元体紧密堆砌而成，所述多个单元体在所述介质透镜中的介电常数分布使得沿所述类椭圆的短轴方向的非平面波经所述透镜变为平面波，所述介电常数分布是基于费马原理及斯奈尔定律数值拟合得出的；其中，每个单元体为实心体或空心体。
其中，准椭球状透镜可以是由多个单元体以堆积木方式紧密堆砌而成的。
可选地，所述多个单元体之间的连接为以下的任意一种：焊接、胶接、结构卡接、由3D打印技术打印连接。
其中，焊接可以为超声焊接或扩散焊接，也可以是其他形式的焊接，本发明对此不限定。
另外，同一类椭球状透镜中的多个单元体之间的连接方式可以相同或不同。例如，某些单元体之间的连接方式为焊接，另外一些单元体之间的连接方式为胶接。例如，某些单元体之间的连接方式为超声焊接，另外一些单元体之间的连接方式为扩散焊接。
从一个单元体的角度来说，作为一个实施例，单元体为实心的第一多面体。
可选地，单元体可以为具有第一外接球的第一多面体，即，第一多面体为第一球的内接多面体。其中，第一球的直径可以表示为d1，1mm≤d1≤450mm。应注意，d1的大小也可以是其他的数值，这里不作限定。
应注意，d1的值可以为1mm至450mm之间的任一值，例如d1＝1mm或d1＝30mm等，本发明对此不限定。
其中，该第一多面体可以为正多面体。若第一多面体为正多边形，且该第一多面体的面数大于预设的第一阈值时，可以将该第一多面体近似为球。其中，该近似的球为该第一多面体的外接球，即为第一球。也就是说，单元体可以为球形。举例来说，若该第一多面体为正十二面体或正二十面体，可以认为该第一多面体为球。
可选地，第一多面体可以是具有第一外接旋转椭球的多面体，也就是说，第一多面体可以为第一旋转椭球的内接多面体。其中，所述第一旋转椭球的长轴表示为d1a，短轴表示为d1b，1mm≤d1b<d1a≤450mm。
应注意，d1a和d1b满足d1b<d1a，且d1a和d1b的值可以为1mm至450mm之间的任一值，例如d1a＝20mm，d1b＝5mm等，本发明对此不限定。
若第一多面体为具有第一对称面和第二对称面的多面体，且第一对称面和第二对称面为该第一旋转椭球的两个对称面，那么当该第一多面体的面数大于预设的第二阈值时，可以将该第一多面体近似为椭球。其中，该近似的第一多面体为该第一多面体的外接旋转椭球，即为第一旋转椭球。也就是说，单元体可以为旋转椭球。举例来说，第二阈值可以等于12或20。
从一个单元体的角度来说，作为另一个实施例，单元体为实心体，该单元体为第四球或第四旋转椭球。
其中，第四球的直径表示为d4，1mm≤d4≤450mm。或者，第四旋转椭球的长轴表示为d4a，短轴表示为d4b，1mm≤d4b<d4a≤450mm。
应注意，d4的值可以为1mm至450mm之间的任一值，例如d1＝1mm等。d4a和d4b满足d4b<d4a，且d4a和d4b的值可以为1mm至450mm之间的任一值，例如d4a＝10mm，d4b＝3mm等，本发明对此不限定。
从一个单元体的角度来说，作为另一个实施例，单元体为空心体，所述单元体的外轮廓为第二多面体，内轮廓为第三多面体。其中，第二多面体与第三多面体的面数可以相等或不相等。
应注意，如果第二多面体的面数与第三多面体的面数相等。那么，第二多面体的面与对应的第三多面体的面可以是相互平行的，或者，第二多面体的面与第三多面体的任一面都不平行，本发明对此不限定。
可选地，所述第二多面体可以为第二球的内接多面体，所述第三多面体可以为第三球的内接多面体。其中，所述第二球的直径表示为d2，所述第三球的直径表示为d3，1mm≤d3<d2≤450mm。
应注意，d2和d3满足d3<d2，且d2和d3的值可以为1mm至450mm之间的任一值，例如d2＝100mm，d3＝20mm等，本发明对此不限定。
作为一例，所述第二多面体为正多面体，和/或，所述第三多面体为正多面体。
可选地，第二多面体为正多面体，第三多面体为正多面体，且第二多面体与第三多面体的面数可以相等或不相等，此时，第二多面体与第三多面体可以具有相同的对称面或不相同的对称面。可选地，第二多面体为正多面体，第三多面体为非正多面体，且第二多面体与第三多面体的面数可以相等或不相等。可选地，第二多面体为非正多面体，第三多面体为正多面体，且第二多面体与第三多面体的面数可以相等或不相等。可选地，第二多面体为非正多面体，第三多面体为非正多面体，且第二多面体与第三多面体的面数可以相等或不相等。
若第二多面体为正十二面体或正二十面体，第三多面体为正十二面体或正二十面体，且第二多面体与第三多面体的中心重合，可以认为，该单元体为空心球壳。
可选地，第二多面体为第二旋转椭球的内接多面体，第三多面体为第三旋转椭球的内接多面体。其中，所述第二旋转椭球的长轴表示为d2a，短轴表示为d2b，所述第三旋转椭球的长轴表示为d3a，短轴表示为d3b，1mm≤d3a<d2a≤450mm，1mm≤d3b<d2b≤450mm，且d2a＞D2b；d3a＞d3b。
应注意，d2a、d2b、d3a和d3b满足d3a<d2a、d3b<d2b、d2a＞d2b、d3a＞d3b，且d2a、d2b、d3a和d3b的值可以为1mm至450mm之间的任一值，例如d2a＝180mm，d2b＝120mm，d3a＝90mm，d3b＝20mm等，本发明对此不限定。
若第二多面体具有第一对称面和第二对称面，第三多面体具有第一对称面和第二对称面，且第一对称面和第二对称面为该第二旋转椭球的两个对称面，那么当该第二多面体的面数大于预设的第四阈值且第三多面体的面数大于预设的第四阈值时，可以将该单元体可以为空心的旋转椭球。举例来说，第四阈值可以等于12或20。
从一个单元体的角度来说，作为另一个实施例，单元体为空心体，单元体的外壁轮廓为第五球或第五旋转椭球，内壁轮廓为第六球或第六旋转椭球。
其中，第五球的直径表示为d5，第六球的直径表示为d6，第五旋转椭球的长轴表示为d5a，短轴表示为d5b，第六旋转椭球的长轴表示为d6a，短轴表示为d6b。1mm≤d6<d5≤450mm，1mm≤d6a<d5a≤450mm，1mm≤d6b<d5b≤450mm，且d5a＞d5b；d6a＞d6b。
可选地，外壁轮廓为第五球，内壁轮廓为第六球。且满足：1mm≤d6<d5≤450mm。
可选地，外壁轮廓为第五球，内壁轮廓为第六椭球。且满足：1mm≤d6b<d6a<d5≤450mm。
可选地，外壁轮廓为第五椭球，内壁轮廓为第六球。且满足：1mm≤d6<d5b<d5a≤450mm。
可选地，外壁轮廓为第五椭球，内壁轮廓为第六椭球。且满足：1mm≤d6a<d5a≤450mm，1mm≤d6b<d5b≤450mm，且d6b<d6a，且d5b<d5a。
应注意，尽管在上述实施例中，示意性地给出了d1、d2、d3、d4、d5、d6、d1b、d1a、d2b、d2a、d3b、d3a、d4b、d4a、d5b、d5a、d6b、d6a的取值范围，但本发明对该范围不作限定。并且，每个值都可以是其范围内的任一值，这里不再一一罗列。
可理解，本发明实施例中，单元体也可以是其他的非规则形状的多面体，例如，单元体可以是既不具有外接球也不具有外接椭球的非规则形状的多面体，这里不再一一罗列。
与上述柱状透镜类似地，该类椭球状透镜中的单元体的介电常数可以表示为εxy(x,y,z)。即，单元体的介电常数与其在介质透镜中的位置有关。具体地，单元体的介电常数为εxy(x,y,z)，表示介电常数ε与坐标值x、y和z有关，其中，坐标值x、y和z可以是单元体的质心的坐标值。
具体实现时，每个单元体的介电常数在误差范围内都是允许的。举例来说，假设某单元体A的介电常数为ε0，那么，该单元体内任意一点处的介电常数的值可以在ε0附近的误差范围内。举例来说，若误差范围为10％，那么该单元体内任意一点的介电常数的值可以是在ε0-ε0×10％至ε0+ε0×10％的范围。
进一步地，本发明实施例还提供了一种介质透镜的制造方法。该制造方法可以包括：
将具有不同介电常数的打印粉末或油墨，得到与所述介质透镜中的每个单元体一一对应的混合物，所述混合物满足对应的单元体的介电常数，所述每个单元体在所述介质透镜中的介电常数分布是基于费马原理及斯奈尔定律进行数值拟合确定的，以使得从所述类椭圆的短轴方向的非平面波经所述介质透镜变为平面波；利用所述混合物，生成所述介质透镜。
可选地，该方法可以是：基于费马原理及斯奈尔定律进行数值拟合，确定所述介质透镜(类椭球状透镜)中的每个单元体在所述介质透镜中的介电常数分布，以使得从所述类椭圆的短轴方向的非平面波经所述介质透镜变为平面波；进一步地使用具有不同介电常数的打印粉末或油墨，获取与所述介质透镜中的每个单元体一一对应的混合物，所述混合物满足对应的单元体的介电常数；并利用所述混合物，生成所述介质透镜。
具体地，可以首先根据劈裂天线的实际需要确定介质透镜的尺寸，并基于介质透镜的尺寸确定单元体的数量、尺寸与形状等。进一步地，可以基于费马原理及斯奈尔定律进行数值拟合，从而确定介电常数分布。例如，可以用COMSOL建模，以得到每个单元体的介电常数。可见，介质透镜中的介电常数可以实现按需设计，介电常数的空间分布可以根据数值仿真确定。
可理解，若单元体与单元体之间存在空隙，例如单元体为第一球或第一旋转椭球；或者，例如单元体的外轮廓为第二球或第二旋转椭球，那么在数值拟合过程中，可以考虑单元体之间的空隙为空气，具有空气的介电常数。也就是说，可以将单元体之间的空隙认为是具有空气的介电常数的“特殊的单元体”。
再例如，如果单元体为空心体，可以认为空心部分为空气，具有空气的介电常数。也就是说，该空心部分“填充”的是具有空气的介电常数的“特殊的单元体”。
可选地，该方法可以是：基于费马原理及斯奈尔定律进行数值拟合，确定所述介质透镜中的每个单元体在所述介质透镜中的介电常数分布，以使得从所述类椭圆的短轴方向的非平面波经所述介质透镜变为平面波；进一步地，基于介电常数分布，采用挤出或注塑、或模压、或CNC加工、或3D打印工艺技术制备多个单元体，并将多个单元体采用焊接、或胶接、或结构卡接的方式进行连接和组装，从而得到准椭球状透镜。
可见，在得到介电常数分布之后，介质透镜可以用由1)介质透镜由多个单元体组装得到和2)采用3D打印技术一次成型得到。
其中介质透镜的单元体组装工艺的制备方法中，第一步：先采用挤出或注塑、或模压、或CNC加工、或3D打印工艺技术制备介质透镜需要的单元体。第二步：将第一步制备的多个单元体采用焊接、或胶接、或结构卡接的方式进行连接和组装得到介质透镜。
本发明实施例中，可以按需涉及介质透镜的尺寸以实现透镜的小型化，所使用的打印粉末或油墨可以是密度低的高分子材料或高分子聚合物等，可以实现透镜的轻量化。这样，该介质透镜应用于劈裂天线时，也能够实现劈裂天线的小型化和轻量化。
进一步，本发明实施例还提供了一种劈裂天线，该劈裂天线包括上述的椭球状透镜。具体地，该劈裂天线包括天线罩、介质透镜、反射板和振子阵列；
所述介质透镜置于所述天线罩与所述振子阵列之间，所述振子阵列作为所述介质透镜的馈源，所述振子阵列置于所述介质透镜与所述反射板之间，所述振子阵列所需的馈电网络置于所述反射板的背面或与所述反射板集成为一体。其中，所述介质透镜沿着所述劈裂天线的厚度方向具有第一尺寸，所述介质透镜沿着所述劈裂天线的宽度方向具有第二尺寸，且所述第一尺寸小于所述第二尺寸。
换句话说，该劈裂天线也可以理解是将图4中所述的球状透镜替换为本实施例中的类椭球状透镜，并且该类椭球状透镜的最大33截面的类椭圆的短轴沿着天线的厚度方向，长轴沿着天线的宽度方向。
在具体实现时，可以根据劈裂天线的尺寸需求(例如劈裂天线的厚度要求和宽度要求)确定柱状透镜的尺寸(例如椭球状透镜的长轴和两个短轴)，再进一步仿真确定椭球状透镜的介电常数分布。从而，实现该椭球状透镜的按需设计。可见，可以将椭圆的短轴设计为远小于长轴，也就是说，椭球状透镜的厚度远小于宽度。这样使得该介电透镜用于天线时，在天线满足性能的同时，相对于现有的介电不可调或不可设计的其它透镜(例如龙伯透镜)，其厚度可以大大降低，例如厚度可以保证在300mm之内，相应的将该透镜用于天线后，天线的厚度可以降低到350mm以内。对应于某些更优化的方案，该厚度甚至可以做到250mm以内。
这样，本发明实施例的介质透镜能够应用于劈裂天线，以实现通信系统的容量扩充，并且该介质透镜能够实现透镜材料介电常数按需设计，介电常数的空间分布根据电磁仿真确定，使得天线满足性能的同时，其厚度大大降低。
本发明实施例中，介质透镜及其制造方法是是实现高增益UMTS/LTE小型化天线的关键技术，并且该技术的成功可延续至未来的5G阶段。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种介质透镜，其特征在于，所述介质透镜为柱状透镜，所述柱状透镜的横截面轮廓为准椭圆，所述柱状透镜由多个柱状单元体堆砌而成，所述多个柱状单元体在所述介质透镜中的介电常数分布使得沿所述准椭圆的短轴方向的非平面波经所述透镜变为平面波；
其中，所述每个柱状单元体的长度等于所述柱状透镜的长度。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述柱状单元体为实心体，所述柱状单元体的横截面为第一多边形。
3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述第一多边形为第一圆的内接多边形，所述第一圆的直径表示为D1，其中，1mm≤D1≤450mm。
4.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述第一多边形为正多边形。
5.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述第一多边形为第一椭圆的内接多边形，所述第一椭圆的长轴表示为D1a，短轴表示为D1b，其中，1mm≤D1b<D1a≤450mm。
6.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述柱状单元体为空心体，所述柱状单元体的横截面的外轮廓为第二多边形，内轮廓为第三多边形。
7.根据权利要求6所述的透镜，其特征在于，所述第二多边形为第二圆的内接多边形，所述第三多边形为第三圆的内接多边形，所述第二圆的直径表示为D2，所述第三圆的直径表示为D3，其中，1mm≤D3<D2≤450mm。
8.根据权利要求6所述的透镜，其特征在于，所述第二多边形为正多边形，和/或，所述第三多边形为正多边形。
9.根据权利要求6所述的透镜，其特征在于，所述第二多边形为第二椭圆的内接多边形，所述第三多边形为第三椭圆的内接多边形，所述第二椭圆的长轴表示为D2a，短轴表示为D2b，所述第三椭圆的长轴表示为D3a，短轴表示为D3b，其中，1mm<D3a<D2a≤450mm，1mm≤D3b<D2b<450mm，且D2a>D2b；D3a>D3b。
10.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述柱状单元体为实心体，所述柱状单元体的横截面为第四圆或第四椭圆，所述第四圆的直径表示为D4，所述第四椭圆的长轴表示为D4a，短轴表示为D4b，其中，1mm≤D4≤450mm，1mm≤D4b<D4a≤450mm。
11.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述柱状单元体为空心体，所述柱状单元体的横截面的外轮廓为第五椭圆，内轮廓为第六椭圆，所述第五椭圆的长轴表示为D5a，短轴表示为D5b，所述第六椭圆的长轴表示为D6a，短轴表示为D6b，其中，1mm<D6a<D5a≤450mm，1mm≤D6b<D5b<450mm，且D5a>D5b；D6a>D6b。
12.根据权利要求1至11任一项所述的透镜，其特征在于，所述长度表示为L，其中，100mm≤L≤3500mm。
13.根据权利要求1至11任一项所述的透镜，其特征在于，所述准椭圆的长轴表示为Da，短轴表示为Db，其中，1mm≤Db<Da≤450mm。
14.根据权利要求1至11任一项所述的透镜，其特征在于，所述多个柱状单元体之间的连接为以下的任意一种：焊接、胶接、结构卡接，由3D打印技术打印连接。
15.根据权利要求1至11任一项所述的透镜，其特征在于，所述多个柱状单元体的制备工艺为以下的任意一种：挤出、注塑、模压、数控机床CNC加工和3D打印工艺技术。
16.一种劈裂天线，其特征在于，包括：天线罩、介质透镜、反射板和振子阵列；
所述介质透镜置于所述天线罩与所述振子阵列之间，所述振子阵列作为所述介质透镜的馈源；
所述振子阵列置于所述介质透镜与所述反射板之间，所述振子阵列所需的馈电网络置于所述反射板的背面或与所述反射板集成为一体；
其中，所述介质透镜沿着所述劈裂天线的厚度方向具有第一尺寸，所述介质透镜沿着所述劈裂天线的宽度方向具有第二尺寸，且所述第一尺寸小于所述第二尺寸；
所述介质透镜为权利要求1至15任一项所述的透镜。
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