CN109004372B - 一种扁平化的龙伯透镜天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种扁平化的龙伯透镜天线，包括第一介质、第二介质、第三介质、第四介质、第五介质、第六介质、波导馈源、第一印制板和第二印制板，第一介质、第二介质、第三介质、第四介质、第五介质和第六介质从内到外同心放置，形成一个圆柱体，波导馈源位于圆柱体的边缘，第一印制板和第二印制板分别贴合在圆柱体的上表面和下表面。本发明的扁平化的龙伯透镜天线在E面实现波束汇聚的同时，其H面由于加载的金属层的磁环作用，使电磁波在透镜出射端也接近于平面波，与未加载金属层时对比，在H面会得到一个窄波束、低副瓣的方向图，性能更加优越。

Description

一种扁平化的龙伯透镜天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种扁平化的龙伯透镜天线。

背景技术

龙伯透镜天线是实现高增益天线的一种方案，并被广泛应用在多波束天线的场景中。传统龙伯透镜是多层不同节点常数的介质的同心球结构，这种立体结构加工难度较高，只能从里层到外层一层一层包裹。另一方面，大部分多波束的应用场景是在一维平面内做多波束，二维多波束的天线应用很少，因此龙伯透镜平面龙伯透镜的设计有着广泛的应用场景。目前有一些研究人员采用超材料来实现龙伯透镜天线的扁平化设计，这种设计方法虽然在波束的汇聚面内能够实现龙伯透镜天线的特性，但是很少有研究人员关心在非波束汇聚面内方向的波束方向图。在将传统的球体龙伯透镜转变成柱体龙伯透镜天线的设计过程中，发现其非波束汇聚面的方向图表现出波束宽、副瓣高的特点，无法满足实际应用需求，因此平面龙伯透镜天线的设计成为新的天线设计难题。

发明内容

本发明提供了一种扁平化的龙伯透镜天线，性能优越，结构和加工制作简单。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种扁平化的龙伯透镜天线，包括第一介质、第二介质、第三介质、第四介质、第五介质、第六介质、波导馈源、第一印制板和第二印制板，第一介质、第二介质、第三介质、第四介质、第五介质和第六介质从内到外同心放置，形成一个圆柱体，波导馈源位于圆柱体的边缘，第一印制板和第二印制板分别贴合在圆柱体的上表面和下表面。

作为本发明的优化方案，扁平化的龙伯透镜天线还包括金属层，金属层分别设置在第一印制板和第二印制板上，金属层分别关于第一印制板和第二印制板的中心呈旋转对称结构，金属层包含若干单元，每个单元包含两个梯形和一个三角形，金属层分别与圆柱体的上表面和下表面相接触。

作为本发明的优化方案，金属层包含36个单元。

作为本发明的优化方案，第一介质的介电常数为1.93，第二介质的介电常数为1.77，第三介质的介电常数为1.61，第四介质的介电常数为1.46，第五介质的介电常数为1.31，第六介质的介电常数为1.16。

作为本发明的优化方案，第一介质的外径为35.8mm，第二介质的的外径为51.4mm，第三介质的外径为62.4mm，第四介质的外径为71.6mm，第五介质的外径为81.6mm，第六介质的外径为88.2mm。

作为本发明的优化方案，第一印制板和第二印制板的介电常数为2.2。

本发明具有积极的效果：1)与传统的龙伯透镜天线不同，本发明的龙伯透镜天线不是球体结构，而是柱形加载两个印制板的扁平化结构，其加工制作比传统龙伯透镜简单，整体结构简单；

2)本发明的扁平化的龙伯透镜天线的加载印制板上的金属层结构为旋转对称结构，因此在做多波束天线的应用时，保证了不同角度的馈源馈电时其性能基本一致；

3)本发明的扁平化的龙伯透镜天线在E面实现波束汇聚的同时，其H面由于加载的金属层的磁环作用，使电磁波在透镜出射端也接近于平面波，与未加载金属层时对比，在H面会得到一个窄波束、低副瓣的方向图，性能更加优越。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的局部俯视图；

图2是本发明的金属层印制图；

图3是本发明天线的剖面图；

图4是本发明天线的整体俯视图；

图5是未加载第一印制板、第二印制板和金属层的天线的E面方向图；

图6是未加载第一印制板、第二印制板和金属层的天线的H面方向图；

图7是加载第一印制板、第二印制板和金属层的天线的E面方向图；

图8是加载第一印制板、第二印制板和金属层的天线的H面方向图。

其中：1、第一介质，2、第二介质，3、第三介质，4、第四介质，5、第五介质，6、第六介质，7、波导馈源，8、第一印制板，9、第二印制板，10、金属层。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明公开了一种扁平化的龙伯透镜天线，包括第一介质1、第二介质2、第三介质3、第四介质4、第五介质5、第六介质6、波导馈源7、第一印制板8和第二印制板9，第一介质1、第二介质2、第三介质3、第四介质4、第五介质5和第六介质6从内到外同心放置，形成一个圆柱体，波导馈源7位于圆柱体的边缘，第一印制板8和第二印制板9分别贴合在圆柱体的上表面和下表面。其中，圆柱体的整体厚度为20mm。波导馈源7距离圆柱体1mm，第一介质1、第二介质2、第三介质3、第四介质4、第五介质5和第六介质6对波导馈源7的发出的电磁波起到汇聚作用，在E面得到一个高增益、窄波束的方向图。

扁平化的龙伯透镜天线还包括金属层10，金属层10分别设置在第一印制板8和第二印制板9上，金属层10分别关于第一印制板8和第二印制板9的中心呈旋转对称结构，金属层10包含若干个单元，每个单元包含两个梯形和一个三角形，金属层10分别与圆柱体的上表面和下表面相接触。

金属层10包含36个单元。

第一介质1的介电常数为1.93，第二介质2的介电常数为1.77，第三介质3的介电常数为1.61，第四介质4的介电常数为1.46，第五介质5的介电常数为1.31，第六介质6的介电常数为1.16。采用上述的介电常数设置使得天线的整体性能更加优越。

第一介质1的外径为35.8mm，第二介质2的的外径为51.4mm，第三介质3的外径为62.4mm，第四介质4的外径为71.6mm，第五介质5的外径为81.6mm，第六介质6的外径为88.2mm。采用上述的外径设置使得天线的实现了高增益。

第一印制板8和第二印制板9的介电常数为2.2。第一印制板8和第二印制板9的厚度为0.254mm，材质为TLY-5材料，金属层10的金属印制线的宽度为0.1mm，三角形的顶角对应的角度为10°，对于第一印制板8和第二印制板9，金属层10所在的面与圆柱体的上表面紧贴。如图5-8所示，对于天线的H面，在没有第一印制板8，第二印制板9和金属层10时，波导馈源7发出的电磁波经过第一介质1、第二介质2、第三介质3、第四介质4、第五介质5、第六介质6出射时是球面波的结构，会导致龙伯透镜天线的H面波束宽，副瓣高。金属层10共有36个单元中的梯形和三角形金属线形成磁环，金属层10的加载，使得H面的电磁波在透镜出射端接近平面波。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种扁平化的龙伯透镜天线，其特征在于：包括第一介质（1）、第二介质（2）、第三介质（3）、第四介质（4）、第五介质（5）、第六介质（6）、波导馈源（7）、第一印制板（8）和第二印制板（9），所述的第一介质（1）、第二介质（2）、第三介质（3）、第四介质（4）、第五介质（5）和第六介质（6）从内到外同心放置，形成一个圆柱体，所述的波导馈源（7）位于圆柱体的边缘，第一印制板（8）和第二印制板（9）分别贴合在圆柱体的上表面和下表面；所述扁平化的龙伯透镜天线还包括金属层（10），所述的金属层（10）分别设置在第一印制板（8）和第二印制板（9）上，金属层（10）分别关于第一印制板（8）和第二印制板（9）的中心呈旋转对称结构，所述的金属层（10）包含若干单元，每个单元包含两个梯形和一个三角形，所述的金属层（10）分别与圆柱体的上表面和下表面相接触。

2.根据权利要求1所述的一种扁平化的龙伯透镜天线，其特征在于：所述的金属层（10）包含36个单元。

3.根据权利要求2所述的一种扁平化的龙伯透镜天线，其特征在于：第一介质（1）的介电常数为1.93，第二介质（2）的介电常数为1.77，第三介质（3）的介电常数为1.61，第四介质（4）的介电常数为1.46，第五介质（5）的介电常数为1.31，第六介质（6）的介电常数为1.16。

4.根据权利要求2所述的一种扁平化的龙伯透镜天线，其特征在于：第一介质（1）的外径为35.8mm，第二介质（2）的外径为51.4mm，第三介质（3）的外径为62.4mm，第四介质（4）的外径为71.6mm，第五介质（5）的外径为81.6mm，第六介质（6）的外径为88.2mm。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种扁平化的龙伯透镜天线，其特征在于：第一印制板（8）和第二印制板（9）的介电常数为2.2。