CN110797667A

CN110797667A - 透镜天线及透镜天线的制备方法

Info

Publication number: CN110797667A
Application number: CN201911081787.8A
Authority: CN
Inventors: 梁超; 孙彦明; 鲍重杰
Original assignee: Wuhan Hongxin Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: CICT Mobile Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2039-11-07
Also published as: CN110797667B

Abstract

本发明实施例提供一种透镜天线及透镜天线的制备方法。其中，透镜天线包括：多个结构一致的透镜单元；透镜单元包括从透镜天线的中心至外侧面依次设置多个尺寸逐渐增大的连续的孔槽结构或离散的孔洞结构。本发明实施例提供的透镜天线及透镜天线的制备方法，通过将多个结构一致的透镜单元装联成透镜天线透镜单元采用模块化设计及成型，能减少成型模具种类，工艺更加简单，更有利于大规模批量生产透镜单元及透镜天线，从而能降低批量生产成本透镜天线的成本。

Description

透镜天线及透镜天线的制备方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种透镜天线及透镜天线的制备方法。

背景技术

随着各类通信业务的迅猛发展，用户数据流量高速增长，这对通信的系统容量、传输速率等提出了更高的要求。天线作为通信系统的前端设备，主要作用是收、发电磁波信号。为了匹配通信系统的发展趋势，天线也面临着不断的发展和升级。

利用几何光学法设计的透镜天线，广泛应用于移动通信、卫星通信和快速扫描系统等领域。以移动通信领域为例，在透镜天线的焦点位置放置多个馈源，便可实现多波束，且每个波束的辐射特性相同，这样即可扩展小区通信系统容量。相对于用传统的巴特勒矩阵馈电网络实现的多波束天线，其具有网络简单，结构简化的特点，且辐射效能更高。

设计透镜天线时，需要假定从体心到外侧面介质材料的介电常数由大到小连续变化，直至趋于空气介电常数1.0。实现透镜天线的难度之一便是制造困难。目前文献上介绍的透镜天线制备方法主要包括三大类：第一类、利用分层法，采用有限个离散壳体，通过工艺方法调整材料属性，控制不同壳体具有一定规律分布的介电常数；对壳体间粘合后，进而实现透镜天线整体具有从内到外渐变的介电常数；第一类、基于等效媒质理论技术，主要是通过在介质材料上按一定规则打孔，通过开孔大小不一引起的材质密度不同，来实现不同位置空气-介质混合具有不同的等效介电常数；第三类、基于3D打印技术，3D打印是最新的快速成型技术，对于不同层选用不同的原材料，按照设计的形状分层打印成型。

但总体来讲，基于上述方法的透镜天线制备工艺存在各自的缺陷和制约，如第一类方法，存在材料属性调试复杂、壳体间界面不连续、工艺步骤多的问题；第二类方法，存在工艺复杂、生产效率低及尺寸精度的问题；第三类方法，存在生产效率低、原材料不易获得的问题。以上制备方法的缺陷导致透镜天线批量生产成本高，应用范围不广。

发明内容

本发明实施例提供一种透镜天线及透镜天线的制备方法，用以解决或者至少部分地解决现有透镜天线的制备方法存在的批量生产成本高的缺陷。

第一方面，本发明实施例提供一种透镜天线，包括：

所述透镜单元包括从所述透镜天线的中心至外侧面依次设置多个尺寸逐渐增大的连续的孔槽结构或离散的孔洞结构。

优选地，所述透镜单元的第一面和第二面之间的角为锐角。

优选地，从所述透镜天线的中心至外侧面，所述孔槽结构或所述孔洞结构的孔隙率逐渐增大。

优选地，所述孔槽结构或所述孔洞结构贯穿所述第一面和第二面。

优选地，所述透镜天线为圆球状、圆柱状或正棱柱状。

优选地，所述第一面和所述第二面上的对应位置分别设置有用于定位的凸起和凹陷。

优选地，所述透镜单元采用匀质介质材料。

优选地，所述介质材料的介电常数为2.0～4.0。

第二方面，本发明实施例提供一种透镜天线的制备方法，所述制备方法用于制备如第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的透镜天线，所述制备方法包括：

将多个结构一致的透镜单元装联成所述透镜天线。

优选地，所述将多个结构一致的透镜单元装联成所述透镜天线之前还包括：

通过一体化成型方法制备多个所述透镜单元。

本发明实施例提供的透镜天线及透镜天线的制备方法，通过将多个结构一致的透镜单元装联成透镜天线透镜单元采用模块化设计及成型，能减少成型模具种类，工艺更加简单，更有利于大规模批量生产透镜单元及透镜天线，从而能降低批量生产成本透镜天线的成本。进一步，透镜单元之间的界面贴合紧密，材料连续，利于电气性能，透镜天线的性能更优。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明一实施例提供的透镜天线的整体结构示意图(部分剖视图)；

图2为根据本发明一实施例提供的透镜天线中透镜单元的结构示意图；

图3为根据本发明另一实施例提供的透镜天线的整体结构示意图(部分剖视图)；

附图标记说明：

1—透镜天线； 10—第一透镜单元； 20—上镜像体；

30—下镜像体； 101—第一孔槽结构； 102—第二孔槽结构；

α—相交平面夹角； A—第一相交平面； B—第二相交平面；

C—体心轴线； D—镜像面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

为了克服现有技术的上述问题，本发明实施例提供一种透镜天线及透镜天线的制备方法，其发明构思是，利用划分透镜单元的思路，将多个结构一致的透镜单元装联为完整透镜天线，由于透镜单元的结构一致，使透镜天线的制备取材广泛，成型工艺简化、生产效率更高，可以方便批量生产透镜单元，能批量、低成本、高精度地制备出指标一致性好、性能稳定的透镜天线，从而可以降低批量生产成本透镜单元及透镜天线的成本。

图1为根据本发明一实施例提供的透镜天线的整体结构示意图(部分剖视图)。如图1所示，该透镜天线1包括多个结构一致的透镜单元10。

具体地，为了便于透镜天线的批量生产，可以将透镜天线1设计为由多个结构相同的透镜单元10，通过常规装联方法装联而成的结构。

本发明实施例中，透镜天线1为圆球状结构。

各个透镜单元10的材料也相同。可以选择取材广泛的材料制备透镜单元10，透镜单元10的材料更容易获得，也能降低批量生产成本透镜单元及透镜天线的成本。

透镜单元10可以由注塑、模压等圆球状工艺方法一体化成型。

透镜天线1由N个结构一致的透镜单元10构成，N为大于或等于2的自然数。

每一透镜单元10，与其他两个透镜单元10相邻。该透镜单元10分别与其他两个透镜单元10相邻的侧面(可以分别称为该透镜单元10的第一面和第二面)所在的平面，为该透镜单元10的第一相交平面A和第二相交平面B，第一相交平面A和第二相交平面B均穿过透镜天线的体心轴线C。第一相交平面A与第二相交平面B之间的夹角为相交平面夹角α。

构成透镜天线1的透镜单元10的个数N等于360/α。N等于2时，相交平面夹角α为平角；N等于3时，相交平面夹角α为钝角；N等于4时，相交平面夹角α为直角；N大于4时，相交平面夹角α为锐角。

每一透镜单元10与相邻的透镜单元10彼此对齐并贴合紧密，贴合面可以采用胶粘或卡扣的形式连接。

透镜单元10还可以包括两个结构相同的部分：上镜像体20和下镜像体30。上镜像体20和下镜像体30，在透镜天线的镜像面两侧呈轴对称分布。

透镜天线1的镜像面与体心轴线C相互垂直。镜像面与体心轴线C的交点，为体心轴线C与透镜天线1外表面的两个交点连线的中点，称为透镜天线1的体心。本发明实施例中，镜像面与体心轴线C的交点为圆球状结构的透镜天线的球心。

将透镜单元10进一步分为两个相同结构的部分，可以减少材料收缩性，提升尺寸精度，使得透镜天线的性能更优、制备成本更低。

图2为根据本发明一实施例提供的透镜天线中透镜单元的结构示意图。图2示出了图1中透镜单元10的具体结构，如图2所示，透镜单元10包括从透镜天线的中心至外侧面依次设置多个尺寸逐渐增大的连续的孔槽结构或离散的孔洞结构。

具体地，每个镜单元10由透镜天线1的体心到外侧面依次设置M个尺寸渐变的连续的孔槽结构或M个尺寸渐变的离散的孔洞结构。其中，M为大于等于2的自然数。

透镜单元10从透镜天线1的体心到外侧面，随着某处与体心之间距离的增加，该处设置的孔槽结构或孔洞结构的特征尺寸逐渐增大。以图2中的第一孔槽结构101和第二孔槽结构102为例，第二孔槽结构102与体心之间距离r2大于第一孔槽结构101与体心之间距离r1，则第二孔槽结构102的宽度大于第一孔槽结构101的宽度。在透镜单元10的不同位置，孔槽结构或孔洞结构特征尺寸依此类推。

需要说明的是，以图1示出的圆球状透镜天线，对于某一透镜单元，该透镜单元内部以球心为圆心的一段弧上，若设有连续的孔槽结构，指该段弧均开为孔槽；若设有离散的孔洞结构，指在该段弧上按照一定的间距开有多个空洞。

可以通过电磁仿真优化设计构成透镜天线1的透镜单元10所包括的孔槽结构或孔洞结构的特征尺寸，使透镜天线具有介质-空气-介质的截面形式，并实现渐变的等效介电常数。

对于孔槽结构，特征尺寸包括孔槽结构的宽度、长度及间距；对于孔洞结构，特征尺寸包括孔洞结构的直径及间距。

渐变的等效介电常数，指从透镜天线的体心到表面，等效介电常数由ε1渐变为ε2。其中，ε1大于或等于2.0，ε2趋于1.0。

图2还示出了，对于对称结构的透镜单元10，镜像面D将该透镜单元10一分为二，形成上镜像体20和下镜像体30。

根据材料属性，对透镜单元10作镜像分割，可以有效减少零件的材料收缩性，提升透镜单元零件尺寸精度。

本发明实施例通过将多个结构一致的透镜单元装联成透镜天线透镜单元采用模块化设计及成型，能减少成型模具种类，工艺更加简单，更有利于大规模批量生产透镜单元及透镜天线，从而能降低批量生产成本透镜天线的成本。进一步，透镜单元之间的界面贴合紧密，材料连续，利于电气性能，透镜天线的性能更优。

基于上述各实施例的内容，透镜单元10的第一面和第二面之间的角为锐角。

优选地，为了利于材料成型，相交平面夹角α一般小于90°。

对于相同尺寸的透镜天线1，所包括的透镜单元10的数量N越大，每一透镜单元10的尺寸越小。一般情况下，透镜单元的尺寸较小，更有利于材料成型。

本发明实施例通过将透镜单元的第一面和第二面之间的角为锐角，更有利于材料成型，能提高透镜单元制备的合格率和效率，从而能提高批量生产透镜天线的效率、降低成本。

基于上述各实施例的内容，从透镜天线的中心至外侧面，孔槽结构或孔洞结构的孔隙率逐渐增大。

具体地，透镜单元10从透镜天线1的体心到外侧面，随着某处与体心之间距离的增加，该处设置的孔槽结构或孔洞结构的特征尺寸越大，

透镜单元10从透镜天线1的体心到外侧面，随着某处与体心之间距离的增加，该处设置的孔槽结构或孔洞结构的孔隙率逐渐增大。

孔隙率，是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。

本发明实施例中，孔隙指孔槽结构或孔洞结构。

本发明实施例通过从透镜天线的中心至外侧面，孔槽结构或孔洞结构的孔隙率逐渐增大，能提高透镜天线的性能。

基于上述各实施例的内容，孔槽结构或孔洞结构贯穿第一面和第二面。

具体地，对于每一透镜单元，每一孔槽结构或孔洞结构均可以贯穿该透镜单元的第一面和第二面，从而在透镜天线内部形成贯通的孔槽结构或孔洞结构。

本发明实施例通过将孔槽结构或孔洞结构贯穿第一面和第二面，能提高透镜天线的性能。

基于上述各实施例的内容，透镜天线为圆球状、圆柱状或正棱柱状。

可以理解的是，由于透镜天线由多个结构相同的透镜单元构成，因此，透镜天线为旋转对称结构。

优选地，透镜天线可以为圆球状、圆柱状或正棱柱状。

需要说明的是，透镜天线可以不限于圆球状、圆柱状和正棱柱状，任意旋转对称结构均可。

图3为根据本发明另一实施例提供的透镜天线的整体结构示意图(部分剖视图)。图3示出了一种圆柱状的透镜天线1，任一透镜单元10的第一相交平面A与第二相交平面B之间的夹角为相交平面夹角α。

如图3所示，对于圆柱状或正棱柱状的透镜天线1，透镜单元10包括的孔槽结构(如第一孔槽结构101和第二孔槽结构102)或孔洞结构，还可以设置为贯穿第三面和第四面。其中，第三面为圆柱状或正棱柱状的透镜天线的顶面中的一部分，第四面为圆柱状或正棱柱状的透镜天线的顶面中的一部分。

本发明实施例通过将透镜天线制备为圆球状、圆柱状或正棱柱状，规则的形状更有利于材料成型及提高生产透镜的生产效率，能降低批量生产透镜天线的成本。

基于上述各实施例的内容，第一面和第二面上的对应位置分别设置有用于定位的凸起和凹陷。

具体地，对于任一透镜单元，该透镜单元的第一面上设置有凸起，第二面上设置有凹陷，或者该该透镜单元的第二面上设置有凸起，第一面上设置有凹陷。

凸起与凹陷的位置相对应。将任意两个透镜单元进行装联时，可以通过第一个透镜单元上的凸起和第二个透镜单元上的凹陷进行定位，将上述两个透镜单元对齐。

第一个透镜单元上的凸起和第二个透镜单元上的凹陷，还可以用户将第一个透镜单元与第二个透镜单元卡接。

本发明实施例通过在透镜单元的额第一面和第二面上的对应位置分别设置有用于定位的凸起和凹陷，能方便装联透镜单元时进行定位和对齐，能提高生产透镜天线的效率。

基于上述各实施例的内容，透镜单元采用匀质介质材料。

优选的，透镜单元可以采用普通的匀质介质材料制备而成。

可以选择取材广泛的匀质介质材料。

本发明实施例采用匀质介质材料制备透镜单元，只需要一种材料，不需要复杂的工艺，能提高批量生产透镜单元和透镜天线的效率、降低生产成本。

基于上述各实施例的内容，介质材料的介电常数为2.0～4.0。

具体地，针对通信领域透镜天线的工作频段为0.6G～10G，可以采用易获得的介质材料，介质材料的介电常数取值范围为2.0～4.0。

本发明实施例通过选择介质材料的介电常数，能保证透镜天线能满足通信领域的需求。

基于上述各实施例的内容，一种透镜天线的制备方法，用于制备本发明的上述任一透镜天线实施例所提供的透镜天线，该制备方法包括：将多个结构一致的透镜单元装联成透镜天线。

具体地，对于多个结构一致的透镜单元中的任意两个透镜单元，可以将上述两个透镜单元两两彼此对齐并贴合紧密，贴合面采用胶粘或卡扣的形式结构连接，实现上述两个透镜单元的装联。

上述两个透镜单元两两彼此对齐，指第一个透镜单元的第一面与第二个透镜单元的第二面对齐。

对于包括N个透镜单元的透镜天线，可以通过重复上述装联两个透镜单元的步骤，将上述N个透镜单元依次装联，形成整体的透镜天线。

通过上述装联方法，可以将多个透镜单元装联成一个结构整体，即实现透镜天线的快速、批量制造。

本发明实施例提供的透镜天线的制备方法，用于制备本发明上述各实施例提供的透镜天线。因此，在前述各实施例中的透镜天线中的描述和定义，可以用于本发明实施例的理解。

本发明实施例通过将多个模块化设计及成型的透镜单元装联成整体的透镜天线，能减少成型模具种类，工艺更加简单，更有利于大规模批量生产透镜单元及透镜天线，从而能降低批量生产成本透镜天线的成本。进一步，透镜单元之间的界面贴合紧密，材料连续，利于电气性能，透镜天线的性能更优。

基于上述各实施例的内容，将多个结构一致的透镜单元装联成透镜天线之前还包括：通过一体化成型方法制备多个透镜单元。

具体地，透镜单元可由注塑、模压等工艺方法一体化成型。

本发明实施例通过采用一体化成型工艺，将透镜单元一次成型，步骤更加简化，生产效率更高，加工成本更加低廉。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种透镜天线，其特征在于，包括：多个结构一致的透镜单元；

2.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜单元的第一面和第二面之间的角为锐角。

3.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，从所述透镜天线的中心至外侧面，所述孔槽结构或所述孔洞结构的孔隙率逐渐增大。

4.根据权利要求2所述的透镜天线，其特征在于，所述孔槽结构或所述孔洞结构贯穿所述第一面和第二面。

5.根据权利要求3所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线为圆球状、圆柱状或正棱柱状。

6.根据权利要求2所述的透镜天线，其特征在于，所述第一面和所述第二面上的对应位置分别设置有用于定位的凸起和凹陷。

7.根据权利要求1至6任一所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜单元采用匀质介质材料。

8.根据权利要求7所述的透镜天线，其特征在于，所述介质材料的介电常数为2.0～4.0。

9.一种透镜天线的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1至8任一所述的透镜天线，所述制备方法包括：

将多个结构一致的透镜单元装联成所述透镜天线。

10.根据权利要求9所述的透镜天线的制备方法，其特征在于，所述将多个结构一致的透镜单元装联成所述透镜天线之前还包括：

通过一体化成型方法制备多个所述透镜单元。