CN110299616B - 一种基于3d打印技术的透镜天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印技术的透镜天线，所述透镜天线包括：双曲面透镜、支撑体以及馈源阵列，支撑体和双曲面透镜是采用立体光固化成型3D打印技术，利用液态树脂制成的，馈源阵列采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，馈源阵列由多个馈源以正交形式组合而成，多个馈源中每一个馈源包括：方形法兰、矩形转圆形波导以及圆台。本发明的一种基于3D打印技术的透镜天线，在保证了透镜天线E面、H面的增益的同时，实现了多波束二维面阵的馈源形式，应用在水文领域时简化了完成水文数据采集和状态监测的过程，丰富了水文领域天线的选择。

Description

一种基于3D打印技术的透镜天线

技术领域

本发明涉及天线领域，特别是涉及一种基于3D打印技术的透镜天线。

背景技术

天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接收无线电波必不可少的装置。

在水文领域中采集获得水文信息，监测水域状态等都需要从远处对大面积的水域或者是水域中多个目标同时进行，因此就要求天线不但要具有较高的增益，而且覆盖的范围要足够广阔。

透镜天线因自身的特性优势，被广泛的应用于水文领域。但目前的透镜天线的馈源大多数都是采用固定单波束，还有少数的馈源虽然采用了多波束，但都是一维线阵，并不能很好的达到对水文信息的采集、处理以及对水域状态的监测。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种基于3D打印技术的透镜天线，解决了上述问题。

本发明实施例提供一种基于3D打印技术的透镜天线，所述透镜天线包括：双曲面透镜、支撑体以及馈源阵列，所述支撑体与所述双曲面透镜和所述馈源阵列分别连接；

所述支撑体和所述双曲面透镜是采用立体光固化成型3D打印技术，利用液态树脂制成的；

所述馈源阵列采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，所述馈源阵列由多个馈源以正交形式组合而成，用于收发电磁波信号；

所述多个馈源中每一个馈源包括：方形法兰、矩形转圆形波导以及圆台；

所述矩形转圆形波导中空，垂直于所述方形法兰且设置在所述方形法兰的上表面；

所述方形法兰上对应于所述矩形转圆形波导中空部分设有方形槽，所述方形槽的大小与所述矩形转圆形波导中空部分相等，所述方形槽与所述矩形转圆形波导中空部分形成波导；

所述圆台中空，垂直连接于所述矩形转圆形波导，且与所述矩形转圆形波导的中空部分相通，形成波导；

其中，所述波导用于收发电磁波信号，所述馈源中的中空部分用于风冷散热。

可选地，所述馈源阵列中位于多个馈源正交中心的馈源为中心馈源；

所述馈源阵列中与所述中心馈源距离相等的馈源的圆台的中空部分的直径相等；

针对所述馈源阵列中的每个馈源，该馈源的圆台的中空部分的直径大小随着该馈源与所述中心馈源的距离的增大而增大，以扩大所述透镜天线收发电磁波的范围。

可选地，所述透镜天线还包括：多个调焦放大器，所述多个调焦放大器与所述馈源阵列中每一个馈源的波导部分一一对应，以增大入射电磁波的功率，并实现所述馈源阵列连续相位调谐，进而完成多波束扫描。

可选地，所述馈源阵列的正交展开角范围内还设置有多个馈源，以与所述馈源阵列组合而成馈源阵列组，所述馈源阵列组用于扩大所述透镜天线收发电磁波的范围。

可选地，所述多个馈源中每一个馈源的内表面采用喷砂方式进行抛光，以减少所述透镜天线收发电磁波的损耗。

可选地，所述支撑体和所述双曲面透镜采用立体光固化成型3D打印技术打印制成且一体成型。

可选地，所述透镜天线还包括：支撑体盖；所述馈源阵列中位于多个馈源正交中心的馈源为中心馈源；

所述支撑体通过所述支撑体盖连接所述馈源阵列；

所述支撑体盖上设有与所述馈源阵列大小、形状相同的孔洞，用于使得所述中心馈源处于所述双曲透镜的焦点位置。

可选地，所述支撑体中空，所述支撑体中空部分的直径等于所述双曲透镜的直径，以减少干扰电磁波对所述透镜天线收发电磁波的影响。

可选地，所述馈源阵列中位于多个馈源正交中心的馈源为中心馈源；

所述透镜天线还包括：控制开关，用于控制所述馈源阵列的工作方式；

在所述透镜天线以单波束的方式进行工作的情况下，所述控制开关控制所述馈源阵列的中心馈源工作；

在所述透镜天线以多波束的方式进行工作的情况下，所述控制开关控制所述馈源阵列的多个馈源工作。

可选地，所述支撑体盖与所述支撑体和所述馈源阵列之间分别采用环氧树脂胶进行粘合。

本发明提供的一种基于3D打印技术的透镜天线，支撑体和双曲面透镜是采用立体光固化成型3D打印技术，利用液态树脂制成的，馈源阵列采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，馈源阵列由多个馈源以正交形式组合而成，馈源阵列中每一个馈源包括：方形法兰、矩形转圆形波导以及圆台，其内部整体中空并形成波导，其中波导用于收发电磁波信号，中空部分用于风冷散热。本发明的一种基于3D打印技术的透镜天线，在保证了透镜天线E面、H面的增益的同时，实现了多波束二维面阵的馈源形式，应用在水文领域中，不但覆盖范围广且精度高，同时简化了完成水文数据采集和状态监测的过程，丰富了水文领域天线的选择。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明基于3D打印技术的透镜天线的CAD模型图；

图2是本发明单个馈源的CAD模型图；

图3是本发明单个馈源的侧视剖面图；

图4是本发明单个馈源和透镜天线的参数尺寸表；

图5是本发明馈源阵列4的示意图；

图6是本发明馈源阵列4的s11参数的仿真测试和实际测试结果图；

图7是本发明馈源阵列4中多个馈源之间耦合度的仿真测试和实际测试结果图；

图8是本发明增加了双曲透镜后馈源阵列4的s11参数的仿真测试和实际测试结果图；

图9是本发明各个馈源被激励时的透镜天线的电场分布图；

图10是本发明透镜天线的远场性能图；

图11是本发明两种补偿透镜天线增益的天线的示意图；

图12是本发明另一种非均匀馈源阵列的示意图；

图13是本发明非均匀馈源阵列的s11参数的仿真测试和实际测试结果图；

图14是本发明非均匀馈源阵列中多个馈源之间耦合度的仿真测试和实际测试结果图；

图15是本发明增加了双曲透镜后非均匀馈源阵列的s11参数的仿真测试和实际测试结果图；

图16是本发明非均匀馈源阵列中各个馈源被激励时的透镜天线的电场分布图；

图17是本发明非均匀馈源阵列的透镜天线E面和H面的方向图；

图18是本发明馈源阵列4的透镜天线E面和H面的方向图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

发明人发现目前的透镜天线的馈源大多数都是采用固定单波束，还有少数的馈源虽然采用了多波束，但都是一维线阵，使得天线可以覆盖的水域空间十分有限。而水文信息的采集和水域状态的监测常常需要大空间、全方位的数据，采用现有的透镜天线完成数据采集和状态监测，过程繁琐且因为数据量较大，所以数据处理也比较麻烦。

针对上述问题，发明人经过潜心研究，结合大量的计算与实测，创造性的结合3D打印技术，实现了采用多波束、二维面阵馈源的透镜天线，在保证了天线E面、H面增益的同时，实现了同时对较大空间水域的水文信息的采集和水域状态的监测，极大简化了完成数据采集和状态监测的过程，减少了数据量，提高了处理效率。以下对本发明的方案进行详细解释和说明。

如图1，示出了本发明实施例基于3D打印技术的透镜天线的CAD模型图，该透镜天线包括：双曲透镜1、支撑体2、支撑体盖3、馈源阵列4；其中双曲透镜1、支撑体2、支撑体盖3采用立体光固化成型3D打印技术，利用液态树脂一体成型。

光固化成形工艺也被称为立体光刻成形，属于快速成形工艺的一种(Stereolithography Appearance)，该工艺是美国于1986年研制成功的一种快速成形工艺，1987年获美国专利，是最早出现的、技术最成熟、应用最广泛的快速原型技术。它以液态光敏树脂为原料，用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线、由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，这样层层叠加构成一个三维实体，通过计算机控制紫外激光石器逐层凝固成形，这种方法能简捷全自动地制造出表面质量和尺寸精度较高、几何形状复杂的原型。

当然，可以理解的是，双曲透镜1、支撑体2、支撑体盖3也可以分开打印出来再组装，即，将双曲透镜1、支撑体2、支撑体盖3分成3个部件，分别采用立体光固化成型3D打印技术打印出来，之后再利用粘合剂等物质将上述3个部件粘合起来，本发明采用的粘合剂为环氧树脂胶。

当然，也可以将双曲透镜1和支撑体2当做一个部件，支撑体盖3当做一个部件，一共两个部件，分别采用立体光固化成型3D打印技术打印出来，之后再利用粘合剂等物质将上述2个部件粘合起来；采用这种方式的做法是为了保证双曲透镜1和支撑体2紧密连接，不会因为两者之间有接缝而影响电磁波束的收发。并且支撑体盖3因为与双曲透镜1和支撑体2之间是可以分离的，方便后期对支撑体2内部进行相关操作，在双曲透镜1和支撑体2或者支撑体盖3两者有任一部件损坏时，相应的更换一个就行，而不需要整体全部重新打印制作，一定程度上减小了使用者的成本。

支撑体2内部中空，其内径与双曲透镜1的外径相等，保证了双曲透镜1与支撑体2紧密结合，不会因为有连接缝隙，导致干扰电磁波影响到透镜天线收发正常电磁波。

支撑体盖3用于封闭支撑体2，使得电磁波束更好的收发；其对应馈源阵列4的部位开设有与馈源阵列4大小、形状相同的孔洞，以使得支撑体盖3与馈源阵列4紧密的连接，并且保证正交的馈源阵列的中心馈源处于双曲透镜的焦点位置，使得电磁波束更好的收发。

馈源阵列4采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，其由多个馈源正交组合而成。如图2示出了单个馈源的CAD模型图，该馈源包括：方形法兰41、矩形转圆形波导42以及圆台43。

选择性激光融化技术由德国Froounholfer研究院于1995年首次提出，该技术是将激光的能量转化为热能使金属粉末成型，在制造过程中，金属粉末加热到完全熔化后成型，整个加工过程在惰性气体保护的加工室中进行，以避免金属在高温下氧化，最终成型的金属零件致密度高，可达90％以上，抗拉强度等机械性能指标优于铸件，甚至可达到锻件水平，显微维氏硬度可高于锻件，由于是打印过程中完全融化，因此尺寸精度较高。本发明实施例3D打印形成以方形法兰41为下部底座，矩形转圆形波导42为中部，圆台43为上部顶端的馈源，采用3D打印技术可以根据设计图纸自动打印出所需的馈源形状，而传统铸造或者锻造工艺需要模具，制作工艺复杂且致密度较低，并且利用金属粉末一体成型的馈源阵列相较于其他一类3D打印出来再镀金属层的馈源阵列来说，具有更简单的制作工艺，更高效的制作效率以及更好的物理鲁棒性。

本发明实施例的单个馈源中方形法兰41为馈源的底座，方形法兰41四个角设有孔洞，用于馈源的固定安装，矩形转圆形波导42垂直于方形法兰41的x-o-y面上，且处于xoy面的中央位置，矩形转圆形波导42呈不规则的柱体，与方形法兰41连接处为矩形，逐渐形变为圆形，再与圆台43连接，矩形转圆形波导42内部中空，且中空部分贯穿方形法兰41，其中空部分的形状与矩形转圆形波导42的形状相同，该中空部分可以形成波导，其中波导用于收发电磁波波束，而中空部分可以用于风冷散热。

圆台43垂直于矩形转圆形波导42上，其中圆台43上底面(面积较小的一端)与矩形转圆形波导42连接，圆台43下底面(面积较大的一端)在空间上对应着双曲透镜，其为喇叭状，圆台43也为中空，其中空部分的形状与圆台43的形状相同，该中空部分与矩形转圆形波导42的中空部分结合在一起，形成波导，波导用于收发电磁波波束，中空部分用于风冷散热。之所以采用圆台形状，是因为这种喇叭状的馈源在E面和H面上具有对称的辐射模式和相对稳定的相位中心，这样可以很好的保证波束的稳定性和获得良好的增益，并且相对于平面式的馈源，喇叭状的馈源具有更高的功率容量。

如图3示出了单个馈源的侧视剖面图，图4示出了单个馈源和透镜天线的参数尺寸表，综合图1、图2以及图3所示，表中各参数(Parameters)分别为：

F：双曲透镜的焦距，其大小为120mm(毫米)；

D：双曲透镜的直径，其大小为200mm(毫米)；

ha：圆台上底面的直径，其大小为11.5mm(毫米)；

hb：圆台下底面的直径，其大小为24mm(毫米)；

la：矩形转圆形波导的长度，其大小为15mm(毫米)；

lb：圆台母线的长度，其大小为17.5mm(毫米)；

lc：圆台的垂直高度，其大小为15mm(毫米)；

s：相邻两个馈源的圆台下底面中心点间的距离，其大小为25mm(毫米)；

T：双曲面透镜的厚度，其大小为43mm(毫米)；

t：馈源的厚度，其大小为2mm(毫米)。

可选地，参照图5(a)，示出了馈源阵列4的3D建模顶部俯视图，图5(b)，示出了馈源阵列4的3D建模底部俯视图，该馈源阵列由13个馈源以正交形式组合而成，其中标号为1的馈源为中心馈源，其处于透镜天线的焦点位置，这13个的馈源的圆台中空部分直径大小相等，底部方形法兰的中空部分大小、形状也相同。

整个馈源阵列4的每一个馈源的内表面，即每一个馈源的中空部位的表面都采用喷砂方式进行抛光，其目的在于减少透镜天线收发电磁波形成波束时的损耗，假若内表面粗糙不够光滑，那么电磁波波束会产生很多折射，不但可能会使得电磁波波束畸变，而且电磁波波束能量损耗比较大。

本发明实施例中的馈源阵列4还可以根据透镜天线实际的需求，实现更大范围的电磁波收发，其方法是在馈源阵列4正交展开角范围内再设置多个馈源，组合形成一个馈源阵列组，即，在图1中11、12、13、14四个区域中设置与馈源阵列4中单个馈源同样的馈源组合形成馈源阵列组，该馈源阵列组可以极大的扩展透镜天线收发电磁波的范围。

根据透镜天线的原理和特性，处于透镜天线焦点位置的馈源单独工作时，透镜天线的增益、方向图都是最好的，即，透镜天线以单波束在焦点位置来工作，其增益、方向图都是最好、最理想的。因此在实际使用中，透镜天线还可以设置一个控制开关，用以控制馈源阵列的工作方式，在透镜天线以单波束的方式进行工作的情况下，控制开关控制馈源阵列的中心馈源工作，即，只有处于透镜天线焦点位置的中心馈源进行电磁波的收发；而在透镜天线以多波束的方式进行工作的情况下，控制开关控制馈源阵列的多个馈源工作，即，整个馈源阵列4进行电磁波的收发。这样做的好处是，当需要使得透镜天线得到更好的波束增益和方向图时，控制中心馈源来进行工作，而不需要将馈源阵列4拆除更换一个单馈源；当需要使得透镜天线得到更大范围的电磁波收发性能时，控制馈源阵列来进行工作，整体操作简单快捷，并且一定程度上节约了使用者成本。

以下针对上述透镜天线的性能进行模拟仿真测试和实测，需要说明的是本发明实施例中的所有仿真都采用CST(三维电磁仿真软件)进行，采用Agilent E8363C PNANetwork Analyzer(安捷伦E8363C PNA网络分析仪)得出s参数，雷达天线的远场特性在消声室中测量。图6(a)反映出馈源阵列的s11参数模拟仿真测试结果图，图6(b)反映出馈源阵列的s11参数实际测量结果图，其中，横轴Frequency为透镜天线工作频率；纵轴S-parametr为透镜天线的s参数值。由于馈源阵列4的对称性，因此只针对1号馈源、2号馈源、3号馈源、4号馈源、11号馈源、12号馈源、13号馈源在没有双曲面透镜存在时的s11参数曲线进行模拟仿真测试和实际测量，剩下的5号馈源、6号馈源、7号馈源、8号馈源、9号馈源、10号馈源在没有双曲面透镜存在时的s11参数曲线进行模拟仿真测试结果曲线和实际测量结果曲线与此相同。

参照图6(a)，图6(a)中各曲线的含义如下：

由正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由圆形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由正三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由倒三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且4号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由x形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且11号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由短横线组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且12号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由点组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且13号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由图中反映出，仿真测试馈源阵列4中13个馈源的s11值都小于-19dB。

参照图6(b)，图6(b)中各曲线的含义如下：

由黑色实心正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由圆形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由正三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由倒三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且4号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由黑色实心圆形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且11号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由十字形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且12号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由x形组成的曲线为透镜天线增加双曲面透镜且13号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由图中反映出，实测的馈源阵列4中13个馈源的s11值都小于-18dB，完全满足透镜天线馈源的s11值不大于-15dB的基本要求，可见本发明实施例的馈源阵列4的方案达到了透镜天线的实用性要求。

图7(a)示出了馈源阵列4中13个馈源之间耦合度的模拟仿真测试结果图，图7(b)示出了馈源阵列4中13个馈源之间耦合度的实际测试结果图，其中横轴Frequency为透镜天线工作频率；纵轴S-parametr为透镜天线的s参数值；同样的，由于馈源阵列4的对称性，也只对1号和2号馈源、1号和3号馈源、1号和4号馈源、1号和5号馈源、1号和6号馈源、1号和7号馈源、1号和8号馈源、1号和9号馈源、2号和3号馈源、2号和4号馈源、2号和5号馈源、2号和6号馈源、2号和9号馈源、3号和4号馈源、3号和5号馈源、1号和10号馈源、2号和10号馈源、3号和10号馈源在没有双曲面透镜存在时的耦合度曲线进行模拟仿真测试和实际测量。

参照图7(a)，图7(a)中各曲线的含义如下：

由三个点组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和2号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由两短横线组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和3号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和4号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由圆形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和5号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由黑色实心正三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和6号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由实线组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和7号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由空心正三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和8号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由空心倒三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和9号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线。

由顶角超左的空心三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和3号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由顶角超右的空心三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和4号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由空心五角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和5号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由以短横线加三点组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和6号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由顶角超左加横线的三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和9号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线。

由空心圆加竖线组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号和4号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由顶角超左的黑色实心三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号和5号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线。

由顶角超右加横线的三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和10号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由五边形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和10号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由黑色实心倒三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号和10号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线。

由图中反映出，仿真测试馈源阵列4中13个馈源的耦合度值都小于-50dB。

参照图7(b)，图7(b)中各曲线的含义如下：

由黑色实心正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和2号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由黑色实心圆形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和3号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由黑色实心正三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和4号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由空心倒三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和5号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由菱形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和6号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由顶角超左的三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和7号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由顶角朝右的三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和8号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由六边形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和9号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线。

由五角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和3号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由五边形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和4号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由空心圆加一点组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和5号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由十字形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和6号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由x形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和9号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线。

由米字形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号和4号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由短横线组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号和5号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线。

由竖线的三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和10号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由空心正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和10号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由空心圆形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号和10号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；

由图反映出，实测的馈源阵列4中13个馈源的耦合度值都小于-40dB，远远低于透镜天线馈源的耦合度值小于-20dB的要求，确保了来自采样点的电磁波的纯净度。

图8(a)示出了在增加了双曲透镜后馈源阵列的s11参数实际测试结果图，图8(b)示出了在增加了双曲透镜后13个馈源的耦合度实际测试结果图，只示出实际测试结果是因为双曲透镜的几何尺寸较大，模拟仿真测试无法进行导致的。由图中反映出，增加了双曲透镜后馈源阵列的s11参数实际测试曲线图与没有双曲透镜时馈源阵列的s11参数实际测试曲线图基本保持一致，与没有增加双曲透镜相比，馈源阵列的s11参数表征的反射值增加了3dB；增加了双曲透镜后13个馈源的耦合度实际测试曲线图与没有双曲透镜时13个馈源的耦合度实际测试曲线图基本保持一致，与没有增加双曲透镜相比，馈源阵列中每个馈源之间的耦合度值增加了10dB，但仍然低于透镜天线馈源的耦合度值小于-20dB的要求。产生上述问题的原因是由于电磁波沿着双曲透镜的焦点向双曲透镜垂直入射的反射引起的。

一般情况下，当馈源远离焦点位置时，对于不变的电磁波垂直入射，在入射面的直接反射不发生变化，但是因其入射角比焦点处馈源的入射角大，因此经过入射面后电磁波在透镜内会发生多次反射，这些反射的电磁波又在入射面产生折射，以空间波的形式耦合到馈源，从而对馈源造成一定的影响。

上述现象可以用电场分布直观的看到，如图9(a)示出了4号馈源，即，中心馈源被激励时的透镜天线的电场分布图，因为4号馈源的相位中心处于透镜天线的焦点位置，正常的电磁波入射和反射现象在双曲透镜的入射面和透镜内都会发生，然而因为入射电磁波和反射电磁波的相位不一样，造成了沿透镜入射面上透镜轴线方向上的电场分布减弱。

图9(b)示出了3号馈源在距焦点25毫米处被激励时的透镜天线的电场分布图，倾斜的入射电磁波，使得电磁波在双曲透镜内反射明显增多，最终导致其在经过透镜天线折射后形成了倾斜的等相位波阵面。

图9(c)示出了2号馈源被激励时的透镜天线的电场分布图，相对于3号馈源，2号馈源上的电磁波更加倾斜，其在双曲透镜内反射现象更加严重，其在经过透镜天线折射后依然形成波阵面。

图9(d)示出了1号馈源被激励时的透镜天线的电场分布图，当1号馈源被激励时，比之2号馈源，其电磁波入射角变得更大，经过透镜天线折射后合成的波阵面发生畸变并产生副瓣，这种现象可以通过两种方式解决：

第一种：调整馈源入射电磁波的方向来解决；

第二种：通过优化1号馈源上电磁波的初次入射处透镜的剖面来解决。上述两种解决方法同样也适用于解决2号馈源和3号馈源相同的问题，由于馈源阵列4的对称性，其他对应于1号馈源、2号馈源以及3号馈源相对于4号馈源位置相同的馈源，也可以采用上述方法解决相同问题。

如图10示出了本发明实施例馈源阵列4的透镜天线的远场性能图，如图10(a)示出了单个馈源在K波段下增益的模拟仿真测试结果和实际测试结果图，其中实线为模拟仿真测试结果曲线；虚线为实际测试结果曲线，两天曲线表明单个馈源的增益均大于13.4dBi。

由于双曲透镜的几何尺寸较大，模拟仿真测试无法进行，因此只给出了透镜天线增益的实际测试结果如图10(b)所示。其中实线为4号馈源被激励时的增益图；虚线为3号馈源被激励时的增益图；点划线为2号馈源被激励时的增益图；点线为1号馈源被激励时的增益图，由此可知，4号馈源被激励时，即，中心馈源被激励时，透镜天线的增益最大，而其他馈源被激励时，由于在透镜内产生的多次反射造成电磁波损失，导致透镜天线的增益下降，但即使如此，透镜天线的增益依然在24dBi以上，完全达到了透镜天线的实用性使用要求。

在中心馈源以外的馈源被激励时，透镜天线损失的增益可以通过两种方式来进行补偿：

第一种有源方式：馈源阵列中每一个馈源的波导部分对应一个调焦放大器，两者一一对应，调焦放大器用于增大入射电磁波的功率，调焦放大器还实现了馈源阵列的连续相位调谐，进而完成透镜天线的多波束扫描方案；其示意图如图11(a)所示，其中Lens代表双曲透镜、Uniform Feed Horn Array代表馈源阵列、Pre-Focusing Amplifiers代表调焦放大器；

第二种无源方式：使用非均匀的孔径大小的馈源，中心馈源的孔径最小，离中心馈源距离越大的馈源的孔径越大，如图11(b)所示，其中Lens代表双曲透镜、Non-UniformFeed Horn Array代表非均匀孔径馈源阵列。

上述第二种无源方式中，不同于图5(a)示出的馈源阵列4的3D建模顶部俯视图中的13个馈源，该馈源阵列的中心馈源的圆台中空部分直径最小，如图12(a)示出了该馈源阵列的3D建模顶部俯视图，图12(b)，示出了该馈源阵列的3D建模底部俯视图，该馈源阵列因为自身特性原因，其馈源数量比之馈源阵列4少，只有9个，其中标号为3的馈源为中心馈源，其处于透镜天线的焦点位置，3号馈源的圆台中空部分直径相对于其他8个馈源最小，对应的其底部法兰的表面积也最小，底部方形法兰的中空部分面积也最小；标号1、5、6、9四个的馈源的圆台中空部分直径大小相等，这四个馈源离3号馈源相对最远，这四个馈源的底部法兰的表面积也最大，底部方形法兰的中空部分面积也最大；标号2、4、7、8四个的馈源的圆台中空部分直径大小相等，这四个馈源紧挨着3号馈源，这四个馈源的底部法兰的表面积比3号的大，比1、5、6、9四个小，底部方形法兰的中空部分面积也比3号的大，比1、5、6、9四个小。

图13(a)示出了非均匀馈源阵列的s11参数模拟仿真测试结果图，图13(b)示出了非均匀馈源阵列的s11参数实际测量结果图，其中，横轴Frequency为透镜天线工作频率；纵轴S-parametr为透镜天线的s参数值。由于非均匀馈源阵列的对称性，因此只针对1号馈源、2号馈源、3号馈源、8号馈源、9号馈源在没有双曲面透镜存在时的s11参数曲线进行模拟仿真测试和实际测量，剩下的4号馈源、5号馈源、6号馈源、7号馈源在没有双曲面透镜存在时的s11参数曲线进行模拟仿真测试结果曲线和实际测量结果曲线与此相同。

参照图13(a)，图13(a)中各曲线的含义如下：

由点组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由三个短横线组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由x形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且8号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由加号形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且9号馈源被激励时的仿真测试的s11参数曲线；由图中反映出，仿真测试馈源阵列4中9个馈源的s11值都小于-18dB。

参照图13(b)，图13(b)中各曲线的含义如下：

由三点加正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由三点加x形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由三点加正三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且3号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由三点加倒三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且8号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；由三点加圆形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且9号馈源被激励时的实际测量的s11参数曲线；实测的非均匀馈源阵列中9个馈源的s11值都小于-17dB，完全满足透镜天线馈源的s11值不大于-15dB的基本要求，可见本发明实施例的馈源阵列4的方案达到了透镜天线的实用性要求。

图14(a)示出了非均匀馈源阵列中9个馈源之间耦合度的模拟仿真测试结果图，图14(b)示出了非均匀馈源阵列中9个馈源之间耦合度的实际测试结果图，其中横轴Frequency为透镜天线工作频率；纵轴S-parametr为透镜天线的s参数值；同样的，由于非均匀馈源阵列的对称性，也只对1号和2号馈源、1号和3号馈源、1号和4号馈源、1号和5号馈源、1号和6号馈源、1号和7号馈源、2号和3号馈源、2号和4号馈源、2号和7号馈源在没有双曲面透镜存在时的耦合度曲线进行模拟仿真测试和实际测量。

参照图14(a)，图14(a)中各曲线的含义如下：

由正三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和2号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由x形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和3号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由顶角超左加短横线组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和4号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和5号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由倒三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和6号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由点组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和7号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线。

由空心圆组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和3号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由两短横线组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和4号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线；由实线组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和7号馈源被激励时的仿真测试的耦合度参数曲线。

由图中反映出，仿真测试非均匀馈源阵列中9个馈源的耦合度值都小于-50dB。

参照图14(b)，图14(b)中各曲线的含义如下：

由黑色实心正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和2号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由空心正方形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和3号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由正三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和4号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由倒三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和5号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由顶角朝右的黑色实心三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和6号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由顶角超左的空心三角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且1号和7号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线。

由x形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和3号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由空心圆组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和4号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线；由五角形组成的曲线为透镜天线没有双曲面透镜存在且2号和7号馈源被激励时的实际测量的耦合度参数曲线。

由图中反映出，实测的非均匀馈源阵列中9个馈源的耦合度值都小于-50dB，远远低于透镜天线馈源的耦合度值小于-20dB的要求，确保了来自采样点的电磁波的纯净度。

图15(a)示出了在增加了双曲透镜后馈源阵列的s11参数实际测试结果图，图15(b)示出了在增加了双曲透镜后13个馈源的耦合度实际测试结果图，同样只示出实际测试结果，是因为双曲透镜的几何尺寸较大，模拟仿真测试无法进行导致的。由图中反映出，增加了双曲透镜后馈源阵列的s11参数实际测试曲线图与没有双曲透镜时馈源阵列的s11参数实际测试曲线图基本保持一致，虽然s11值有所增大，但依然小于-15dB；增加了双曲透镜后9个馈源的耦合度实际测试曲线图与没有双曲透镜时9个馈源的耦合度实际测试曲线图基本保持一致，也低于透镜天线馈源的耦合度值小于-20dB的要求。

如图16(a)示出了非均匀馈源阵列中3号馈源，即，中心馈源被激励时的透镜天线的电场分布图，因为3号馈源的相位中心处于透镜天线的焦点位置，正常的电磁波入射和反射现象在双曲透镜的入射面和透镜内都会发生，然而因为入射电磁波和反射电磁波的相位不一样，造成了沿透镜入射面上透镜轴线方向上的电场分布减弱。

图16(b)示出了非均匀馈源阵列中2号馈源被激励时的透镜天线的电场分布图，倾斜的入射电磁波，使得电磁波在双曲透镜内反射明显增多。

图16(c)示出了非均匀馈源阵列中1号馈源被激励时的透镜天线的电场分布图，相对于2号馈源，1号馈源上的电磁波更加倾斜，导致经过透镜天线折射后形成波阵面产生畸形。

图17示出了非均匀馈源阵列的透镜天线E面和H面的方向图，其中Frequency指透镜天线工作频率，Gain指增益，Theta(degree)指波束宽度，Radiation pattern(dB)指辐射方向，一般情况下，透镜的球坐标θ值范围是0°～180°，本发明实施例中的透镜天线定义：在-90°～90°区间内，θ＝0°为透镜的法线方向。

图17(a)示出了单个馈源的增益图，其中，实线为1号馈源被激励时透镜天线增益的仿真测试图，由两点加正方形组成的曲线为1号馈源被激励时透镜天线增益的实际测量图；由两点组成的曲线为2号馈源被激励时透镜天线增益的仿真测试图，由两点加x形组成的曲线为2号馈源被激励时透镜天线增益的实际测量图；由两短横线组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线增益的仿真测试图，由两点加三角形组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线增益的实际测量图，由图可知，该种透镜天线的增益随着馈源中空部分孔径的大小来决定，孔径越大的，透镜天线增益越大，也证实了该种透镜天线可以弥补均匀馈源阵列中边缘馈源被激励时透镜天线损失的增益。

图17(b)示出了非均匀馈源阵列中1号馈源、2号馈源以及3号馈源被激励时透镜天线的实际测量增益，其中，实线为1号馈源被激励时透镜天线增益的实际测量图，由短横线组成的曲线为2号馈源被激励时透镜天线增益的实际测量图；由点组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线增益的实际测量图，其中1号馈源被激励时增益的急剧下降是由于1号馈源电磁波溢出造成的。由图16(c)也可以看出，1号馈源被激励时，10-dB波束宽度所覆盖的电磁波范围大于1号馈源被激励时本应该覆盖的电磁波范围，1号馈源溢出的电磁波辐射形成了畸形波阵面，因此导致透镜天线辐射范围增大，但是增益相对变低。

图17(c)、(d)(e)分别示出了1号馈源、2号馈源、3号馈源被激励时的共极化辐射方向图。图17(c)中实线为1号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由点组成的曲线为1号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；图17(d)中实线为2号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由点组成的曲线为2号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；图17(e)中实线为3号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由点组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；三个馈源被激励时，电磁波在E面和H面的3-dB波束宽度分别是22°、24°和38°。

图17(f)示出了E面上-90°～0°角的主极化辐射方向图，其中，由x形组成的曲线为5号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由正三角形组成的曲线为5号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由短横线组成的曲线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由空心圆形组成的曲线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由点组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由正方形组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线。

图17(g)示出了E面上0°～90°角的主极化辐射方向图，其中，由实线组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由正方形组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由短横线组成的曲线为2号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由空心圆形组成的曲线为2号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由点组成的曲线为1号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由正三角形组成的曲线为1号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线。由于透镜天线的对称性，H面与E面情况一样，因此只示出了E面的情况，由图可知，电磁波通过双曲透镜折射后，分别在E面、H面上的-32°、-12°、0°、12°、32°方向上产生了相对应的波束。

这种采用非均匀大小的馈源阵列的透镜天线因为馈源数量少，导致了电磁波波束的数量上要少于采用馈源阵列4的透镜天线，缩小了透镜天线的覆盖范围，但是这种透镜天线弥补了除中心馈源以外的馈源被激励时的透镜天线损失的增益。这种采用非均匀大小的馈源阵列的透镜天线的制作工艺和构成组合方式与采用馈源阵列4的透镜天线一样，在此不做赘述。

图18示出了均匀馈源阵列4的透镜天线E面和H面的方向图，其中Frequency指透镜天线工作频率，Gain指增益，Theta(degree)指波束宽度，Radiation pattern(dB)指辐射方向，一般情况下，透镜的球坐标θ值范围是0°～180°，本发明实施例中的透镜天线定义：在-90°～90°区间内，θ＝0°为透镜的法线方向。

图18(a)示出了均匀馈源阵列4的透镜天线E面上-90°～0°角的主极化辐射方向图，图18(a)中各曲线的含义如下：

实线为1号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由正方形组成的曲线为1号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由短横线组成的曲线为2号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由两横线加圆形组成的曲线为2号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由点组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由两横线加三角形组成的曲线为3号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由一横线加三点组成的曲线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由x形线组成的曲线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线。

图18(b)示出了均匀馈源阵列4的透镜天线E面上0°～90°角的主极化辐射方向图，图18(b)中各曲线的含义如下：

实线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由倒三角形组成的曲线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由短横线组成的曲线为5号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由正三角形组成的曲线为5号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由点组成的曲线为6号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由顶角朝左的三角形组成的曲线为6号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由一横线加一点组成的曲线为7号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由顶角朝右的三角形线组成的曲线为7号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线。

图18(c)示出了均匀馈源阵列4的透镜天线H面上-90°～0°角的主极化辐射方向图，图18(c)中各曲线的含义如下：

实线为8号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由正方形组成的曲线为8号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由短横线组成的曲线为9号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由圆形组成的曲线为9号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由点组成的曲线为10号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由正三角形组成的曲线为10号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由x形组成的曲线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由倒三角形线组成的曲线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线。

图18(d)示出了均匀馈源阵列4的透镜天线H面上0°～90°角的主极化辐射方向图，图18(d)中各曲线的含义如下：

实线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由倒三角形组成的曲线为4号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由两短横线组成的曲线为11号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由正方形组成的曲线为11号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由三点组成的曲线为12号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由顶角超左的三角形组成的曲线为12号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线；由一短横线加三点组成的曲线为13号馈源被激励时透镜天线的辐射方向仿真测试曲线，由顶角朝右的三角形组成的曲线为13号馈源被激励时透镜天线的辐射方向实际测量曲线。

由于单个馈源在其轴向方向上具有对称的辐射方向图，单个馈源被激励时，电磁波在E面和H面的3-dB波束宽度分别是38°和41°。馈源阵列4中1号到7号馈源分别被激励时，电磁波通过双曲透镜折射后，分别在E面上的-34.2°，-20.3°，-10°，0°，9.9°，19.5°，35°方向上产生了相对应的波束。由于透镜和馈源阵列的对称性，在H面上也有相似的图形，当1～4号馈源和11～13号馈源被激励时，电磁波通过双曲透镜折射后，分别在H面上的-33.8°，-19.9°，-9.7°，0°，10.3°，19.5°，34°方向上产生了相对应的波束。由此也验证了这种均匀馈源阵列的透镜天线比非均匀馈源阵列的透镜天线的电磁波波束要多一些。

综上所述，本发明实施例提供的均匀馈源阵列透镜天线和非均匀馈源阵列透镜天线，可以根据使用者的具体需求来分别对应使用，极大的丰富了水文领域天线的选择性，并且可以扩展到其他领域中类似需求的透镜天线的选择性。并且，本发明实施例的两种透镜天线实现了二维波束扫描和发射功能，该透镜天线具有良好的相邻端口隔离性能、高增益和多波束特性，是水文领域天线应用的良好选择。

本发明实施例设计的基于3D打印技术的透镜天线，支撑体和双曲面透镜是采用立体光固化成型3D打印技术，利用液态树脂一体成型制成，馈源阵列采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，馈源阵列由多个馈源以正交形式组合而成，馈源阵列中每一个馈源包括：方形法兰、矩形转圆形波导以及圆台，其内部整体中空并形成波导，其中波导用于收发电磁波信号，中空部分用于风冷散热。本发明的一种基于3D打印技术的透镜天线，在保证了透镜天线E面、H面的增益的同时，实现了多波束二维面阵的馈源形式，应用在水文领域中，电磁波可覆盖范围较大且精度较高，同时简化了完成水文数据采集和状态监测的过程，丰富了水文领域天线的选择。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法所固有的要素。

以上对本发明所提供的一种基于3D打印技术的透镜天线，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于3D打印技术的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线包括：双曲面透镜、支撑体、支撑体盖以及馈源阵列，所述支撑体与所述双曲面透镜和所述馈源阵列分别连接，其中，所述支撑体通过所述支撑体盖连接所述馈源阵列；

所述支撑体和所述双曲面透镜是采用立体光固化成型3D打印技术，利用液态树脂制成的；

所述馈源阵列采用选择性激光融化3D打印技术，利用金属粉末一体成型，所述馈源阵列由多个馈源以正交形式组合而成，用于收发电磁波信号；

所述多个馈源中每一个馈源包括：方形法兰、矩形转圆形波导以及圆台；

所述矩形转圆形波导中空，垂直于所述方形法兰且设置在所述方形法兰的上表面；

所述方形法兰上对应于所述矩形转圆形波导中空部分设有方形槽，所述方形槽的大小与所述矩形转圆形波导中空部分相等，所述方形槽与所述矩形转圆形波导中空部分形成波导；

所述圆台中空，垂直连接于所述矩形转圆形波导，且与所述矩形转圆形波导的中空部分相通，形成波导；

其中，所述波导用于收发电磁波信号，所述馈源中的中空部分用于风冷散热；

所述馈源阵列中位于多个馈源正交中心的馈源为中心馈源；

所述馈源阵列中与所述中心馈源距离相等的馈源的圆台的中空部分的直径相等；

针对所述馈源阵列中的每个馈源，该馈源的圆台的中空部分的直径大小随着该馈源与所述中心馈源的距离的增大而增大，以扩大所述透镜天线收发电磁波的范围。

2.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线还包括：多个调焦放大器，所述多个调焦放大器与所述馈源阵列中每一个馈源的波导部分一一对应，以增大入射电磁波的功率，并实现所述馈源阵列连续相位调谐，进而完成多波束扫描。

3.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述馈源阵列的正交展开角范围内还设置有多个馈源，以与所述馈源阵列组合而成馈源阵列组，所述馈源阵列组用于扩大所述透镜天线收发电磁波的范围。

4.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述多个馈源中每一个馈源的内表面采用喷砂方式进行抛光，以减少所述透镜天线收发电磁波的损耗。

5.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述支撑体和所述双曲面透镜采用立体光固化成型3D打印技术打印制成且一体成型。

6.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述馈源阵列中位于多个馈源正交中心的馈源为中心馈源；

所述支撑体盖上设有与所述馈源阵列大小、形状相同的孔洞，用于使得所述中心馈源处于所述双曲透镜的焦点位置。

7.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述支撑体中空，所述支撑体中空部分的直径等于所述双曲透镜的直径，以减少干扰电磁波对所述透镜天线收发电磁波的影响。

8.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述馈源阵列中位于多个馈源正交中心的馈源为中心馈源；

所述透镜天线还包括：控制开关，用于控制所述馈源阵列的工作方式；

在所述透镜天线以单波束的方式进行工作的情况下，所述控制开关控制所述馈源阵列的中心馈源工作；

在所述透镜天线以多波束的方式进行工作的情况下，所述控制开关控制所述馈源阵列的多个馈源工作。

9.根据权利要求1-8任一所述的透镜天线，其特征在于，所述支撑体盖与所述支撑体和所述馈源阵列之间分别采用环氧树脂胶进行粘合。

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