CN114421182A - 一种透镜天线 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种透镜天线，包括：支架、方位俯仰转台、介质透镜和馈源喇叭，支架可移动地设于支撑面，方位俯仰转台设于支架，方位俯仰转台相对于支架可转动。介质透镜固定于方位俯仰转台，用于收集被测目标的散射波。馈源喇叭设于介质透镜的焦点处，用于接收介质透镜收集的散射波。其中，介质透镜的直径范围为2000mm至6000mm，介质透镜由多块介质板按照预设尺寸拼接而成。本发明提出一种可作为内场测试系统中接收天线的介质天线，利用透镜天线有效的将被测目标的散射波在传输路径中截获并收集接收，有效的缩小了内场测试距离，介质透镜与移动支架通过方位俯仰转台过度，可对透镜进行方位调整，在支架上铺覆的吸波层可以减小支架对电磁波的反射。

Description

一种透镜天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种透镜天线。

背景技术

透镜天线属于光学天线。按光学理论，利用透镜能使放在其焦点上的点光 源辐射出的球面波，经过折射后变为平面波。透镜天线利用这一原理。由透镜 和放在透镜焦点上的辐射器组成。

将透镜天线在微波暗室内作为接收天线，可以将被测目标的散射波在传输 路径中途截获并收集接收。现有技术中，缺乏满足测试和实际使用需求尺寸和 结构的透镜天线。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何设计尺寸和结构满足测试和实际需求的透 镜天线，本发明提出一种透镜天线。

根据本发明实施例的透镜天线，包括：

支架，所述支架可移动地设于支撑面；

方位俯仰转台，设于所述支架，所述方位俯仰转台相对于所述支架可转动；

介质透镜，固定于所述方位俯仰转台，用于收集被测目标的散射波；

馈源喇叭，设于所述介质透镜的焦点处，用于接收所述介质透镜收集的所 述散射波；

其中，所述介质透镜的直径范围为2000mm至6000mm，所述介质透镜由多 块介质板按照预设尺寸拼接而成。

根据本发明的一些实施例，所述介质透镜的第一表面为曲面，第二表面为 平面，在所述第二表面设有与所述介质板相同材质的固定板。

在本发明的一些实施例中，所述固定板为直径大于所述介质透镜的圆形板。

根据本发明的一些实施例，多个所述介质板拼接形成所述介质透镜的方 法如下：

将所述介质板的待胶粘面铣平，并对所述介质板进行热处理；

打磨清理待胶粘面，并在所述待胶粘面涂布胶液，晾置合拢介质板；

将拼接后的所述介质板胶接成型；

对所述介质板上的胶液进行修正清理，完成所述介质透镜的拼接制备。

在本发明的一些实施例中，每块所述介质板的长度范围为：650mm至800mm， 所述介质板的宽度范围为：650mm至800mm，所述介质板的厚度范围为150mm 至220mm。

根据本发明的一些实施例，所述支架和/或所述方位俯仰转台的外表面设 有用于吸收散射波的吸波层。

在本发明的一些实施例中，所述透镜天线还包括：导轨，所述支架与所述 导轨可移动地配合。

根据本发明的一些实施例，所述介质板采用以下之一：聚苯乙烯板、聚 四氟乙烯板、玻璃板、微波复合介质板和聚苯醚板。

在本发明的一些实施例中，所述透镜天线还包括：透镜框架，所述介质透 镜通过所述透镜框架固定于所述方位俯仰转台。

根据本发明的一些实施例，所述透镜天线用于内场测试系统中，用于接 收被测目标的散射波。

本发明具有如下有益效果：

本发明提出一种可作为内场测试系统中接收天线的介质天线，利用 透镜天线有效的将被测目标的散射波在传输路径中截获并收集接收，该 透镜天线的使用有效的缩小了内场测试距离，介质透镜与移动支架通过 方位俯仰转台过度，以实现对透镜进行方位调整，在支架上铺覆的吸波 层可以减小移动支架对电磁波的反射。

附图说明

图1为根据本发明实施例的透镜天线的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的透镜天线的局部结构示意图；

图3为根据本发明实施例的介质透镜示意图；

图4为根据本发明实施例的透镜天线几何关系示意图；

图5为根据本发明实施例的介质透镜拼接示意图；

图6为根据本发明实施例的介质透镜的结构示意图；

图7为根据本发明实施例的介质透镜的拼接方法流程图；

图8为根据本发明实施例的介质透镜局部拼接结构示意图；

图9为根据本发明实施例的介质透镜局部拼接结构示意图。

附图标记：

透镜天线100，

支架10，

方位俯仰转台20，

介质透镜30，介质板310，第一介质板311，凸块3111，第二介质板312， 凹槽3121，第三介质板313，第一表面S1，第二表面S2，固定板320，透镜框 架330，

馈源喇叭40，

吸波层50，

导轨60。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结 合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

本发明中说明书中对方法流程的描述及本发明说明书附图中流程图的步骤 并非必须按步骤标号严格执行，方法步骤是可以改变执行顺序的。而且，可以 省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个 步骤执行。

如图1所示，根据本发明实施例的透镜天线100，包括：支架10、方位俯 仰转台20、介质透镜30和馈源喇叭40。

其中，支架10可移动地设于支撑面。由此，可以通过移动支架10调整透 镜天线100的位置。支架10可以采用钢型材焊接成型，当然也可以采用其他材 质制备支架10。方位俯仰转台20设于支架10，方位俯仰转台20相对于支架10 可转动。介质透镜30固定于方位俯仰转台20，用于收集被测目标的散射波。例 如，方位俯仰转台20可以相对于支架10在水平面内转动，也可以在垂直面上 进行俯仰运动，从而可以带动调节介质透镜30的方位。

需要说明的是，常用透镜可以分为两种型式：加速透镜与延迟透镜。

其中，本发明提出的透镜天线100采用延迟透镜中的介质透镜30。 在毫米波频段，自然界中大部分介质材料的折射率n>1，其媒质使电磁 波射径的电长度增大，电磁波在介质透镜30中的相速度vp小于光速。

在毫米波段，一般地，介质透镜30形状是根据几何光学中的费马原 理和斯奈尔折射定理设计的。根据使用需要，介质透镜天线100可以设 计成多种形式。

本发明选择的单面介质透镜30而言，有一个面为平面，根据透镜的 等光程原理，由图3得知，当平面波沿x轴方向入射时，要在F点聚焦， 需经过介质透镜30曲面上任一点P'(x,y)的光程nPP′+FP′与沿轴线的 光程nQO+f相等，则可以得到透镜曲面上点P'(x,y)的直角坐标方程：

(n2-1)x2+2(n-1)fx-y2＝0 (1)；

式中：x,y分别为P′(x,y)点的坐标；n是透镜的折射率；f为透镜 的焦距。

由式(1)可知，介质透镜30的曲面方程取决于透镜的折射率与透镜的 焦距。

馈源喇叭40设于介质透镜30的焦点处，用于接收所述介质透镜30收集的 所述散射波。介质透镜30截获的面积应至少包含第一菲涅尔区域，收集到的电 磁散射波能量按矢量叠加的方法相加。

其中，介质透镜30的直径范围为2000mm至6000mm，介质透镜30由多块 介质板310按照预设尺寸拼接而成。

如图3和图4所示，取介质透镜30照明面为曲面，输出面为平面， 介质透镜30直径为D，介质透镜30焦距为F，介质透镜30曲线方程为：

其中，介质透镜30曲面为双曲面，上式中n为介质材料的折射率，

透镜厚度T为：

本工程考虑成本和重量因素，介质透镜30的直径可以为3m，由于 现有介质板310的尺寸远小于介质透镜30的直径。因此，本发明通过多 块介质板310拼接制备介质透镜30。

根据本发明的一些实施例，如图6所示，介质透镜30的第一表面S1为曲 面，第二表面S2为平面，在第二表面S2设有与介质板310相同材质的固定板 320。为了介质透镜30的夹持和提高介质透镜30的强度，需要在介质透镜30 平面一侧采用相同材料加贴固定板320。由此，通过在介质透镜30的第二表面 S2设置固定板320，可以通过固定板320固定介质透镜30，从而提高了介质透 镜30固定的便利性和可靠性。

在本发明的一些实施例中，如图6所示，固定板320为直径大于介质透镜 30的圆形板。可以理解的是，将固定板320设置为直径大于介质透镜30的圆形 板，可以提高固定板320的支撑效果和固定效果。

根据本发明的一些实施例，介质板310采用以下之一：聚苯乙烯板、 聚四氟乙烯板、玻璃板、微波复合介质板和聚苯醚板。

需要说明的是，介质透镜30材料的选择涉及到介质透镜30的稳定 性、频率特性以及成本等问题。介质透镜30的材料应当是不易老化、不 易变形、易于加工、比重轻、损耗小，相对介电常数均匀稳定、在工作 频带内不变或基本不变。根据以上要求，有5种可供选择的材料：聚苯 乙烯(Polystyrene,缩写为PS)、聚四氟乙烯、玻璃、微波复合介质、聚苯 醚(PPO)，其相应的相对介电常数、比重平均值和损耗角正切值见下表。

其中，聚苯乙烯、聚苯醚(PPO)是可以考虑的材料。聚苯醚稳定性 优于聚苯乙烯，但成本相对较高，综合考虑材料材料性能及成本等因素， 介质透镜30材料可以选用聚苯乙烯。

聚苯乙烯(PS板)是以苯乙烯为单体制得的聚合物。PS板是无色透 明具有玻璃光泽的材料，容易加工，尺寸稳定性好，抗老化，并且具有 良好的光学性能。其缺点是不耐冲击，性脆、易裂、不耐热，机械加工 过程中易变型。

在本发明的一些实施例中，每块介质板310的长度范围为：650mm至800mm， 介质板310的宽度范围为：650mm至800mm，介质板310的厚度范围为150mm 至220mm。

根据市场上材料供应情况，无法采购到制作介质透镜30尺寸的原材料，因 此，需要采用拼接—胶接—数控加工型面的成型工艺来实现透镜的制造。目前， 可以采购到的最大规格聚苯乙烯板的规格为800mm(长)×800mm(宽)×200mm (厚)。由于该介质透镜30由数块聚苯乙烯拼接而成，考虑到成型工艺性，各 块聚苯乙烯拟采用700mm×700mm×200mm的材料进行设计加工。透镜径向由 27块聚苯乙烯板拼接而成如图5所示。

为保证介质透镜30的粘接要求，如图8和图9所示，在介质透镜30上径 向及厚度方向采用插槽式对接拼接方式，厚度方向采用轴向拼接方式。如图8 所示，第一介质板311设有凸块，第二介质板322设有与凸块适配的凹槽。这 种拼接方式既可保证介质透镜由足够的强度，又能尽可能地减小拼接对介质透 镜30电性能的影响。

拼接前对所有的介质板310需进行数控加工，保证所有介质板310的尺寸 及形位精度满足要求。

根据聚苯乙烯材料的性能及设计要求，在前期采用不同粘接接头设计形式、 不同胶黏剂进行了电气性能、机械性能、工艺性能试验，结果显示不同 粘接方式在电气性能上基本没有差别，而采用多种接头、不同胶黏剂制 作的试样，其拉剪强度相差较大，聚苯乙烯溶液胶的抗拉强度大于材料 本身。由此选用聚苯乙烯溶液胶进行介质透镜30的粘接可以满足透镜使 用要求。根据本发明的一些实施例，如图7所示，多个介质板310拼接形成 介质透镜30的胶接工艺如下：

S100，将介质板的待胶粘面铣平，即将介质板的待胶粘面处理平整，并对 介质板进行热处理；

需要说明的是，通过对介质板进行热处理，可以释放介质板的应力，避免 介质板弯曲变形。

S200，打磨清理胶粘面，在介质板的待胶粘面涂布胶液，晾置合拢介质板；

S300，将拼接后的介质板胶接成型；

S400，对介质板上的胶液进行修正清理，完成介质透镜的拼接制备。

根据本发明的一些实施例，支架10和/或方位俯仰转台20的外表面设有 用于吸收散射波的吸波层50。也就是说，可以在支架10的外表面或方位俯仰转 台20的外表面设置吸波层50，当然，也可以在支架10和方位俯仰转台20的外 表面均设置吸波层50。

需要说明的是，透镜天线100是一个开放系统，理论上很难将其方向图设 计成只对介质透镜30特定照射而在介质透镜30以外没有照射，所以介质透镜 30与馈源喇叭40组成的接收系统需要用吸波材料来包围，如图1和2所示，在 支架10和方位俯仰转台20的外表面均设置有吸波层50。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，透镜天线100还包括：导轨60， 支架10与导轨60可移动地配合。由此，通过支架10与导轨60的配合，可以 方便地移动透镜天线100。轨道可以设置为圆弧形，移动支架10沿圆弧轨道 运动，以满足透镜对目标的测量要求。

在本发明的一些实施例中，如图5所示，透镜天线100还包括：透镜框架 330，介质透镜30通过透镜框架330固定于方位俯仰转台20。由此，通过设置 透镜框架330，便于介质透镜30的固定装配。

根据本发明的一些实施例，透镜天线100用于内场测试系统中，用 于接收被测目标的散射波。

综上所述，本发明提出一种可作为内场测试系统中接收天线的介质 天线，通过利用透镜天线100的四个自由度(透镜内表面、外表面、折 射率分布及馈源位置)，有效的将被测目标的散射波在传输路径中截获并 收集接收。透镜与移动支架10通过方位俯仰转台20过度，以实现对透 镜进行方位俯仰调整。为减小移动支架10对电磁波的反射，在其上铺覆吸波材料。

考虑到具体工程实施，通过对透镜的材料的选择，对成型工艺性的 把控，确定基材拼接方式。最终的透镜天线100由介质透镜30、方位转 架、移动支架10、导轨60等部分组成。该透镜天线100的使用有效的缩 小了内场测试距离。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取 的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供 参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种透镜天线，其特征在于，包括：

支架，所述支架可移动地设于支撑面；

方位俯仰转台，设于所述支架，所述方位俯仰转台相对于所述支架可转动；

介质透镜，固定于所述方位俯仰转台，用于收集被测目标的散射波；

馈源喇叭，设于所述介质透镜的焦点处，用于接收所述介质透镜收集的所述散射波；

其中，所述介质透镜的直径范围为2000mm至6000mm，所述介质透镜由多块介质板按照预设尺寸拼接而成。

2.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述介质透镜的第一表面为曲面，第二表面为平面，在所述第二表面设有与所述介质板相同材质的固定板。

3.根据权利要求2所述的透镜天线，其特征在于，所述固定板为直径大于所述介质透镜的圆形板。

4.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，多个所述介质板拼接形成所述介质透镜的方法如下：

将所述介质板的待胶粘面铣平，并对所述介质板进行热处理；

打磨清理待胶粘面，并在所述待胶粘面涂布胶液，晾置合拢所述介质板；

将拼接后的所述介质板胶接成型；

对所述介质板上的胶液进行修正清理，完成所述介质透镜的拼接制备。

5.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，每块所述介质板的长度范围为：650mm至800mm，所述介质板的宽度范围为：650mm至800mm，所述介质板的厚度范围为150mm至220mm。

6.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述支架和/或所述方位俯仰转台的外表面设有用于吸收散射波的吸波层。

7.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：导轨，所述支架与所述导轨可移动地配合。

8.根据权利要求1所述的透镜天线，其特征在于，所述介质板采用以下之一：聚苯乙烯板、聚四氟乙烯板、玻璃板、微波复合介质板和聚苯醚板。

9.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：透镜框架，所述介质透镜通过所述透镜框架固定于所述方位俯仰转台。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的透镜天线，其特征在于，所述透镜天线用于内场测试系统中，用于接收被测目标的散射波。

Images