CN116914438A - 一种可变形透镜及波束方向可偏转的天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可变形透镜，包括堆叠体和调整装置；所述堆叠体包括有若干堆叠片，堆叠片中分布有介质材料，若干堆叠片层叠在一起，堆叠片的介质材料共同构成立体的透镜体；所述透镜体用于改变电磁波的辐射特性；堆叠体安装在所述调整装置上，调整装置用于带动部分或全部的堆叠片移动，以致所述透镜体在空间上的形状可变。本发明具有结构简单、设计合理、可在不移动馈源的前提下即可实现波束辐射方向调整等特点。本发明还涉及一种波束方向可偏转的天线。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是一种可变形透镜；本发明还涉及一种波束方向可偏转的天线。
背景技术
龙伯透镜由RKLuneberg于1944年基于几何光学法提出，用作天线和散射体的应用，主要用于快速扫描系统、卫星通信系统、汽车防撞雷达、雷达反射器等领域。
龙伯透镜的经典模型是：龙伯透镜从球心到外径其介电常数应该是从2到1遵从一定的数学规律连续变化。但自然界里并不存在这样理想的结构，所以在实际设计中常用分层的、介电常数阶变的结构来逼近理论结构。
现有技术中，透镜是不能进行变形的，以至于在应用过程中，如需要调整天线的辐射方向时，只能调整馈源的位置，使馈源的信号收发方向发生改变才能实现。由于理论上馈源的信号收发主方向需要指向透镜的球心的，以至于现有天线的馈源需要作环绕透镜移动的动作，这样需要复杂的弧形传动机械结构，生产成本高，天线的重量较重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变形透镜，该可变形透镜解决了现有龙伯透镜不能变形，使用时需要移动馈源才能实现辐射方向调整的问题。
本可变形透镜的技术方案是这样实现的：一种可变形透镜，特别地，包括堆叠体和调整装置；所述堆叠体包括有若干堆叠片，堆叠片上布设有介质材料，若干堆叠片层叠在一起，堆叠片的介质材料共同构成立体的透镜体；所述透镜体用于改变电磁波的辐射特性；堆叠体安装在所述调整装置上，调整装置用于带动部分或全部的堆叠片移动，以致所述透镜体在空间上的形状可变。
本方案通过采用了由堆叠片构成的堆叠体，并且堆叠片的介质材料共同构成立体的透镜体的设计，在应用时若干堆叠片可在调整装置的作用下移动，这样使得堆叠片上的介质材料也跟随移动，以致使透镜体在空间上的形状可变；透镜体发生变形后，使用时馈源生成的电磁波在经过变形的透镜体后辐射方向也相应发生改变，使本方案实现在不调整馈源位置的前提下也可改变天线的辐射方向。
进一步地，变形后的透镜体的中线L2与变形前的透镜体的中线L1构成一夹角，该夹角是锐角。
进一步地，调整装置带动堆叠片移动的方向是与堆叠片层叠方向垂直的方向。
调整装置带动堆叠片移动的方向可以是一维或二维的。所谓的一维调整是指堆叠片可以沿一个方向作直线往复移动；所谓的二维调整是指堆叠片可沿2个方向各自作直线往复移动，这二个方向是相互垂直的方向。
进一步地，堆叠片上的介质材料可以是立体型或平面型的；其中平面型的介质材料可以是有特定图案的金属薄片或导电油墨层，这时堆叠片可以是PCB板片。立体型的介质材料可以是与专利申请号是CN2019108459846或CN2020103271922等技术方案结构相同的介质材料，这时堆叠片可以是发泡板片。
进一步地，在透镜体内，所有的由内至外方向介电常数都是越来越低的，由内至外方向是指从透镜体的中心区域指向透镜体的边界。
进一步地，堆叠片可以是PCB板片或发泡板片等由低介电常数材料制成的片件，堆叠片的介电常数低于介质材料的介电常数，堆叠片的介电常数优选在1～1.5的范围内，介质材料的介电常数优选在1～3的范围内。
为了使调整装置的结构更加合理，堆叠片均为矩形状结构，堆叠片的四周侧面为弧形面，堆叠片层叠构成方体状的堆叠体；调整装置包括安装板和摆动机构，安装板上设有一承托面，堆叠体放置在承托面上；摆动机构包括第一摆动组，第一摆动组包括2个正对设置的第一摆动件，2个第一摆动件可同时同向转动地安装在安装板上，各第一摆动件的转动轴线与堆叠片层叠的高度方向垂直，第一摆动组的2个第一摆动件与堆叠体的2个相对的侧面一一对应，各第一摆动件作用在堆叠体的侧面上。
为了使各第一摆动件可以与承托面配合对堆叠体进行夹压，各第一摆动件的一端可转动地安装在安装板上，在第一摆动件的另一端形成有第一弹性夹压部，2个第一摆动件的第一弹性夹压部与承托面配合对堆叠体夹装。
为了使透镜体可实现多方向变形，摆动机构还包括第二摆动组，第二摆动组包括2个正对设置的第二摆动件，2个第二摆动件可同时同向转动地安装在安装板上，各第二摆动件的转动轴线与堆叠片层叠的高度方向垂直，第二摆动组的2个第二摆动件与堆叠体的另外2个相对的侧面一一对应，各第二摆动件作用在堆叠体的侧面上。
为了使各第二摆动件可以与承托面配合对堆叠体进行夹压，各第二摆动件的一端可转动地安装在安装板上，在第二摆动件的另一端形成有第二弹性夹压部，第二摆动件的第二弹性夹压部与承托面配合对堆叠体夹装。
为了使调整装置的结构更加合理，2个第一摆动件的一端各自安装在一第一齿轮上，2个第一齿轮均可转动地安装在安装板上，2个第一齿轮的转动轴线平行；调整装置还包括第一齿条和第一驱动器，所述第一齿条包括有第一连接框体和2条第一齿条部；2条第一齿条部呈对称设置地连接在所述第一连接框体的两侧，第一齿条的各第一齿条部均可滑动地安装在安装板上，第一齿条的滑动方向与第一齿轮的转动轴线垂直，第一齿条的2条第一齿条部与2个第一齿轮一一对应相啮合；第一驱动器安装在安装板上，第一驱动器用于驱动第一齿条滑动；2个第二摆动件的一端各自安装在一第二齿轮上，2个第二齿轮可转动地安装在安装板上，2个第二齿轮的转动轴线平行，第二齿轮的转动轴线与第一齿轮的转动轴线垂直；调整装置还包括第二齿条和第二驱动器，所述第二齿条包括有第二连接框体和2条第二齿条部；2条第二齿条部呈对称设置地连接在所述第二连接框体的两侧，第二齿条的各第二齿条部均可滑动地安装在安装板上，第二齿条的滑动方向与第二齿轮的转动轴线垂直，第二齿条的2条第二齿条部与2个第二齿轮一一对应相啮合；第二驱动器安装在安装板上，第二驱动器用于驱动第二齿条滑动。
为了使堆叠片移动起来更加顺畅，调整装置还包括有承托座，承托座安装在安装板上，承托座背向安装板的那一面为所述承托面，承托座上布设有若干凸出于承托面的滚珠。
本可变形透镜的有益效果：具有结构简单、设计合理、可在不移动馈源的前提下即可实现波束辐射方向调整等优点。
本发明的目的在于还提供一种波束方向可偏转的天线，该可波束方向可偏转的天线解决了现有龙伯透镜不能变形，使用时需要移动馈源才能实现辐射方向调整的问题。
本波束方向可偏转的天线的技术方案是这样实现的：一种波束方向可偏转的天线，特别地，包括电磁波透镜和馈源，所述电磁波透镜是前述方案所述的可变形透镜；所述馈源的信号收发方向指向电磁波透镜设置。
本波束方向可偏转的天线的有益效果：具有结构简单、设计合理、可在不移动馈源的前提下即可实现波束辐射方向调整等优点。
附图说明
图1为实施例1在透镜体没变形前的主视结构示意图。
图2为实施例1的俯视结构示意图。
图3为图2拆除堆叠体后的结构示意图。
图4为实施例1在透镜体变形后的主视结构示意图。
图5为实施例2的结构示意图。
图6为实施例3使用时在透镜体没变形前的方向图。
图7为实施例3使用时在透镜体变形后的方向图。
附图标记说明：1-堆叠体；11-堆叠片；2-透镜体；3-调整装置；31-安装板；32-摆动机构；33-第一摆动组；331-第一摆动件；332-第一弹性夹压部；333-第一齿轮；34-第二摆动组；341-第二摆动件；342-第二弹性夹压部；343-第二齿轮；35-第一齿条；351-第一齿条部；352-第一连接框体；36-第一驱动器；37-第二齿条；371-第二连接框体；372-第二齿条部；38-第二驱动器；39-承托座；391-滚珠；
4-第一透镜体；5-第二透镜体；6-堆叠体；7-调整装置；8-固定架。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2、图3、图4所示，本实施例的一种可变形透镜，包括堆叠体1和调整装置3；所述堆叠体1包括有若干堆叠片11，堆叠片11的介电常数为1.2，堆叠片11上布设有介质材料，介质材料的介电常数高于堆叠片11的介电常数，介质材料的介电常数在1～3的范围内，若干堆叠片11层叠在一起，堆叠片11的介质材料共同构成立体的透镜体2；所述透镜体2用于改变电磁波的辐射特性；在透镜体2内，所有的由内至外方向介电常数都是越来越低的，由内至外方向是指从透镜体2的中心区域指向透镜体2的边界；透镜体2为球体状结构，介质材料是立体型的，透镜体2内所有的由内至外方向介电常数都是越来越低的结构可通过对介质材料的分布密度进行设定，各堆叠片1上的介质材料的材质相同，越靠近球心的介质材料密度越大；堆叠体1安装在所述调整装置3上，调整装置3用于带动全部的堆叠片11移动，调整装置3带动堆叠片11移动的方向是与堆叠片11层叠方向垂直的方向，以致被移动的堆叠片11内所构成的透镜体2在空间上的形状可变，变形后的透镜体2的中线L2与变形前的透镜体2的中线L1构成一夹角，透镜体2的中线是一贯穿其球心的直线。
为了使调整装置3的结构更加合理，如图1、图2、图3所示，堆叠片11均为矩形状结构，堆叠片11的四周侧面为弧形面，堆叠片11层叠构成方体状的堆叠体1；调整装置3包括安装板31和摆动机构32，安装板31上设有一承托面，堆叠体1放置在承托面上；摆动机构32包括第一摆动组33，第一摆动组33包括2个正对设置的第一摆动件331，2个第一摆动件331可同时同向转动地安装在安装板31上，各第一摆动件331的转动轴线与堆叠片11层叠的高度方向垂直，第一摆动组33的2个第一摆动件331与堆叠体1的2个相对的侧面一一对应，各第一摆动件331作用在堆叠体1的侧面上。
为了使第一摆动件331可与承托面配合对堆叠体1进行夹压，如图1、图2、图3所示，各第一摆动件331的一端可转动地安装在安装板31上，在第一摆动件331的另一端形成有第一弹性夹压部332，2个第一摆动件331的第一弹性夹压部332与承托面配合对堆叠体1夹装。
为了使透镜体2可实现多方向变形，如图1、图2、图3所示，摆动机构32还包括第二摆动组34，第二摆动组34包括2个正对设置的第二摆动件341，2个第二摆动件341可同时同向转动地安装在安装板31上，各第二摆动件341的转动轴线与堆叠片11层叠的高度方向垂直，第二摆动组34的2个第二摆动件341与堆叠体1的另外2个相对的侧面一一对应，各第二摆动件341作用在堆叠体1的侧面上。第一摆动组33或第二摆动组34之一可单独工作，以使堆叠片1只沿其中一者的运动方向偏移。第二摆动组34与第一摆动组33也可共同工作来使得堆叠片1沿两者的合运动的方向偏移，使透镜体2实现二维可调，致使馈源的辐射主方向可在一虚拟的锥体范围内进行偏转。
为了使第二摆动件341可与承托面配合对堆叠体1进行夹压，如图1、图2、图3所示，各第二摆动件341的一端可转动地安装在安装板31上，在第二摆动件341的另一端形成有第二弹性夹压部342，第二摆动件341的第二弹性夹压部342与承托面配合对堆叠体1夹装。
为了使第一摆动件331、第二摆动件341可实现电动驱动，如图1、图2、图3所示，2个第一摆动件331的一端各自安装在一第一齿轮333上，2个第一齿轮333均可转动地安装在安装板31上，2个第一齿轮333的转动轴线平行；调整装置3还包括第一齿条35和第一驱动器36，所述第一齿条35包括有第一连接框体352和2条第一齿条部351；2条第一齿条部351呈对称设置地连接在所述第一连接框体352的两侧，第一齿条35的各第一齿条部351均可滑动地安装在安装板31上，第一齿条35的滑动方向与第一齿轮333的转动轴线垂直，第一齿条35的2条第一齿条部351与2个第一齿轮333一一对应相啮合；第一驱动器36安装在安装板31上，第一驱动器36用于驱动第一齿条35滑动；2个第二摆动件341的一端各自安装在一第二齿轮343上，2个第二齿轮343可转动地安装在安装板31上，2个第二齿轮343的转动轴线平行，第二齿轮343的转动轴线与第一齿轮333的转动轴线垂直；调整装置3还包括第二齿条37和第二驱动器38，所述第二齿条37包括有第二连接框体371和2条第二齿条部372；2条第二齿条部372呈对称设置地连接在所述第二连接框体371的两侧，第二齿条37的各第二齿条部372均可滑动地安装在安装板31上，第二齿条37的滑动方向与第二齿轮343的转动轴线垂直，第二齿条37的2条第二齿条部372与2个第二齿轮343一一对应相啮合；第二驱动器38安装在安装板31上，第二驱动器38用于驱动第二齿条37滑动。第一驱动器36、第二驱动器38均是电动推杆。第二齿条37处于第一齿条35背向安装板1的那一侧，这样使得第一齿条35的第一连接框体352与第二齿条37的第二连接框体371呈层叠设置，在使用时馈源可安装在第二连接框体371与第一连接框体352围合构成的空间内，馈源的体积小于第二连接框体371与第一连接框体352围合构成的空间，这也使得第一齿条35、第二齿条37移动时不会碰撞到馈源。
为了使堆叠片11移动起来更加顺畅，如图1、图2、图3所示，调整装置3还包括有承托座39，承托座39安装在安装板31上，承托座39背向安装板31的那一面为所述承托面，承托座39上布设有若干凸出于承托面的滚珠391。这样在使用时堆叠体1的一面是与滚珠391接触的，这样可减少堆叠片11与滚珠391之间的摩擦力。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例的调整装置只带动部分堆叠片移动的，如图5所示，本实施例的堆叠片分为两部分，其中一部分堆叠片的介质材料构成第一透镜体4，另一部分堆叠片的介质材料构成第二透镜体5，第一透镜体4、第二透镜体5分别设置在堆叠体6的2个相对的角位上，使用时构成第一透镜体4的堆叠片可被调整装置7带动，构成第二透镜体5的堆叠片被一固定架8所固定。这样的结构在使用时第一透镜体4、第二透镜体5各自与至少一馈源配合使用，得到一个辐射方向可调整的天线和一个辐射方向不能调整的天线，以满足用户的不同应用需要。另外，在实际应用时可通过对调整装置进行设计，得到调整装置可带动所有堆叠次序为单数的堆叠片移动或所有堆叠次序为双数的堆叠片移动的方案，这样的方案中，所有堆叠次序为单数的堆叠片的介质材料共同构成至少一立体的透镜体，所有堆叠次序为双数的堆叠片的介质材料也共同构成至少一立体的透镜体。
实施例3
本实施例是一种波束方向可偏转的天线，包括电磁波透镜和馈源，所述电磁波透镜是实施例1所述的可变形透镜；所述馈源的信号收发方向指向电磁波透镜设置，馈源的信号收发主方向与变形前的透镜体的中线L1共线。在使用时如电磁波透镜处于图1所示的没变形状态下，本实施例使用时的方向图如图6所示；如电磁波透镜处于图4所示的已变形状态下，本实施例使用时的方向图如图7所示。这样的设计在使用时可通过电磁波透镜变形而改变馈源的信号辐射方向，使馈源的信号辐射方向可在一虚拟的锥体范围内进行偏转，实现对特定范围内的信号源进行扫描，当扫描到信号源后，馈源的信号辐射方向停止偏转，使馈源与信号源实现通信，而不需移动馈源的设计，大大简化了传动结构。
Claims (12)
1.一种可变形透镜，其特征在于：包括堆叠体和调整装置；所述堆叠体包括有若干堆叠片，堆叠片上布设有介质材料，若干堆叠片层叠在一起，堆叠片的介质材料共同构成立体的透镜体；所述透镜体用于改变电磁波的辐射特性；堆叠体安装在所述调整装置上，调整装置用于带动部分或全部的堆叠片移动，以致所述透镜体在空间上的形状可变。
2.根据权利要求1所述的一种可变形透镜，其特征在于：变形后的透镜体的中线L2与变形前的透镜体的中线L1构成一夹角。
3.根据权利要求1所述的一种可变形透镜，其特征在于：调整装置带动堆叠片移动的方向是与堆叠片层叠方向垂直的方向。
4.根据权利要求1所述的一种可变形透镜，其特征在于：调整装置带动堆叠片移动的方向是一维或二维的。
5.根据权利要求1所述的一种可变形透镜，其特征在于：堆叠片上的介质材料是立体型或平面型的。
6.根据权利要求1所述的一种可变形透镜，其特征在于：在透镜体内，所有的由内至外方向介电常数都是越来越低的，由内至外方向是指从透镜体的中心区域指向透镜体的边界。
7.根据权利要求1至6任意之一所述的一种可变形透镜，其特征在于：堆叠片均为矩形状结构，堆叠片的四周侧面为弧形面，堆叠片层叠构成方体状的堆叠体；调整装置包括安装板和摆动机构，安装板上设有一承托面，堆叠体放置在承托面上；摆动机构包括第一摆动组，第一摆动组包括2个正对设置的第一摆动件，2个第一摆动件可同时同向转动地安装在安装板上，各第一摆动件的转动轴线与堆叠片层叠的高度方向垂直，第一摆动组的2个第一摆动件与堆叠体的2个相对的侧面一一对应，各第一摆动件作用在堆叠体的侧面上。
8.根据权利要求7所述的一种可变形透镜，其特征在于：各第一摆动件的一端可转动地安装在安装板上，在第一摆动件的另一端形成有第一弹性夹压部，2个第一摆动件的第一弹性夹压部与承托面配合对堆叠体夹装。
9.根据权利要求7所述的一种可变形透镜，其特征在于：摆动机构还包括第二摆动组，第二摆动组包括2个正对设置的第二摆动件，2个第二摆动件可同时同向转动地安装在安装板上，各第二摆动件的转动轴线与堆叠片层叠的高度方向垂直，第二摆动组的2个第二摆动件与堆叠体的另外2个相对的侧面一一对应，各第二摆动件作用在堆叠体的侧面上。
10.根据权利要求9所述的一种可变形透镜，其特征在于：各第二摆动件的一端可转动地安装在安装板上，在第二摆动件的另一端形成有第二弹性夹压部，第二摆动件的第二弹性夹压部与承托面配合对堆叠体夹装。
11.根据权利要求9所述的一种可变形透镜，其特征在于：2个第一摆动件的一端各自安装在一第一齿轮上，2个第一齿轮均可转动地安装在安装板上，2个第一齿轮的转动轴线平行；调整装置还包括第一齿条和第一驱动器，所述第一齿条包括有第一连接框体和2条第一齿条部；2条第一齿条部呈对称设置地连接在所述第一连接框体的两侧，第一齿条的各第一齿条部均可滑动地安装在安装板上，第一齿条的滑动方向与第一齿轮的转动轴线垂直，第一齿条的2条第一齿条部与2个第一齿轮一一对应相啮合；第一驱动器安装在安装板上，第一驱动器用于驱动第一齿条滑动；2个第二摆动件的一端各自安装在一第二齿轮上，2个第二齿轮可转动地安装在安装板上，2个第二齿轮的转动轴线平行，第二齿轮的转动轴线与第一齿轮的转动轴线垂直；调整装置还包括第二齿条和第二驱动器，所述第二齿条包括有第二连接框体和2条第二齿条部；2条第二齿条部呈对称设置地连接在所述第二连接框体的两侧，第二齿条的各第二齿条部均可滑动地安装在安装板上，第二齿条的滑动方向与第二齿轮的转动轴线垂直，第二齿条的2条第二齿条部与2个第二齿轮一一对应相啮合；第二驱动器安装在安装板上，第二驱动器用于驱动第二齿条滑动。
12.一种波束方向可偏转的天线，其特征在于：包括电磁波透镜和馈源，所述电磁波透镜是权利要求1所述的可变形透镜；所述馈源的信号收发方向指向电磁波透镜设置。
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