CN214176241U - 龙伯透镜天线、相控阵天线阵列、通信设备和雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种龙伯透镜天线、相控阵天线阵列、通信设备和雷达系统，其中一种龙伯透镜天线，包括柱形龙伯透镜；柱形龙波透镜包括沿径向方向由内至外依次设置的若干层环形透镜，各环形透镜的介电常数值互不相同且由内至外依次递减，相邻两层环形透镜的介电常数值之比为定值。本申请采用柱形龙伯透镜进行实现，其中柱形龙伯透镜包括沿径向方向由内至外依次设置的若干层环形透镜，各环形透镜的介电常数值互不相同且由内至外依次递减，相邻两层环形透镜的介电常数值之比为定值。如此，该柱形龙伯透镜既可符合龙伯透镜天线的分层原理，又可实现低剖面并简化天线结构，满足了龙伯透镜天线的应用需求并可实现小型化的龙伯透镜天线。

Description

龙伯透镜天线、相控阵天线阵列、通信设备和雷达系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别是涉及一种龙伯透镜天线、相控阵天线阵列、通信设备和雷达系统。

背景技术

随着射频技术、电磁场与电磁波理论的高速发展，无线电设备已经在人类社会中发挥了重大作用。其中，天线作为无线电系统中电磁波的发送端和接收端，其性能的优劣将对无线电系统的整体性能产生决定性影响。随着射频技术向超高频和极高频拓展，以及频谱资源的开发使用，毫米波展现出巨大的优势和应用场景。其中，毫米波的工作波长介于微波和远红外波相交叠的波长范围内，其频率范围为30GHz至300GHz，因而同时兼具两种波的特点。目前，毫米波的应用范围有无线通信、卫星通信、雷达系统、射频识别、电磁干扰等，并且在5G通信和民用汽车防撞雷达等方面具有突出优势。

而龙伯透镜因其优良的宽带特性、快速波束切换能力、宽角度扫描能力、波束聚焦能力和高速数传能力，在毫米波频率范围内展现出绝对的优势，因此可广泛应用于上述多个领域中。然而，发明人发现，传统的龙伯透镜天线存在结构复杂的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统技术中存在的结构复杂的问题，提供一种新型低剖面的龙伯透镜天线、相控阵天线阵列、通信设备和雷达系统，并具有结构简单的优点。

为实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种龙伯透镜天线，该龙伯透镜天线包括柱形龙伯透镜。柱形龙伯透镜包括沿径向方向由内至外依次设置的若干层环形透镜，各环形透镜的介电常数值互不相同且由内至外依次递减，相邻两层环形透镜的介电常数值之比为定值。

在其中一个实施例中，龙伯透镜天线还包括馈源，馈源设置在最外层的环形透镜上。

在其中一个实施例中，馈源包括若干个金属片，各金属片沿柱形龙伯透镜的周向方向，依次设置在最外层的环形透镜上。

在其中一个实施例中，龙伯透镜天线还包括移动机构，移动机构连接馈源以调整馈源与柱形龙伯透镜的相对位置。

在其中一个实施例中，环形透镜的数量为5层。

在其中一个实施例中，各环形透镜的厚度互不相同。

在其中一个实施例中，上述龙伯透镜天线为毫米波天线。

第二方面，本申请实施例提供一种相控阵天线阵列，包括多个上述的龙伯透镜天线。

第三方面，本申请实施例提供一种通信设备，包括上述的相控阵天线阵列。

第四方面，本申请实施例提供一种雷达系统，包括上述的相控阵天线阵列。

上述龙伯透镜天线、相控阵天线阵列、通信设备和雷达系统中，采用柱形龙伯透镜进行实现，其中柱形龙伯透镜包括沿径向方向由内至外依次设置的若干层环形透镜，各环形透镜的介电常数值互不相同且由内至外依次递减，相邻两层环形透镜的介电常数值之比为定值。如此，该柱形龙伯透镜既可符合龙伯透镜天线的分层原理，同时，与理想龙伯透镜相比，又可实现低剖面并简化天线结构，满足了龙伯透镜天线的应用需求并可实现小型化的龙伯透镜天线。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为一个实施例中龙伯透镜天线的第一结构示意图；

图2为一个实施例中龙伯透镜天线的第二结构示意图。

附图标记说明：

10—龙伯透镜天线，110-第一环形透镜，112-第二环形透镜，114-第三环形透镜，116-第四环形透镜，118-第五环形透镜，120—馈源，122—金属片。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该/其”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

正如背景所述，传统的龙伯透镜存在结构复杂的问题，除此之外，传统的龙伯透镜还具有材料难制备、体积庞大等弊端，前述种种弊端限制了龙伯透镜在毫米波段的进一步应用，导致其无法进行大规模的普及和推广。基于此，有必要提供一种简明可行、结构简单的龙伯透镜天线，该龙伯透镜天线为新型低剖面的天线，可应用在毫米波通信上，并可具备高增益、低旁瓣电平和小型化等优点。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种龙伯透镜天线10，该龙伯透镜天线10包括柱形龙波透镜。其中，柱形龙伯透镜为圆柱结构的龙伯透镜，该龙伯透镜的透镜参数可根据实际情况，如工作频段等进行确定，本申请对此不做具体限制。可以理解，本申请的龙伯透镜天线10可根据应用场景、设计位置等不同，用于实现任意频段信号的收发，在其中一个实施例中，本申请的龙伯透镜天线10可以为毫米波天线，即该天线的工作频段为毫米波频段，从而可利用龙伯透镜天线10优良的宽带特性、快速波束切换能力、宽角度扫描能力、波束聚焦能力和高速数传能力，实现多场景的应用，拓宽了龙伯透镜天线10在毫米波频段的应用范围，便于大规模普及和推广。

该龙伯透镜天线10包括柱形龙伯透镜。柱形龙伯透镜包括沿径向方向由内至外依次设置的若干层环形透镜，各环形透镜的介电常数值互不相同且由内至外依次递减，相邻两层环形透镜的介电常数值之比为定值。

具体而言，柱形龙伯透镜包括沿径向方向由内至外依次设置的若干层环形透镜，每层环形透镜为一圆柱结构，且最里层环形透镜的可以为一实心结构，也可开设有空腔，其具体结构可根据实际情况以及设计需求进行确定，本申请对此不做具体限制。多层环形透镜依次嵌套从而可得到上述柱形龙伯透镜，以柱形龙伯透镜中包括5层环形透镜为例，5层环形透镜分别为第一环形透镜110、第二环形透镜112、第三环形透镜114、第四环形透镜116和第五环形透镜118，如图1所示，第一环形透镜110设置在最里层且嵌套在第二环形透镜112内，即第二环形透镜112环绕第一环形透镜110设置。第二环形透镜112、第三环形透镜114、第四环形透镜116和第五环形透镜118依次嵌套，在柱形龙伯透镜的半径方向上，第一环形透镜110、第二环形透镜112、第三环形透镜114、第四环形透镜116和第五环形透镜118依次排列。进一步地，相邻的两层环形透镜之间可以贴合设置。

可以理解，除了上述5层结构的柱形龙伯透镜外，环形透镜的数量还可根据实际情况(如天线的设计参数等)进行确定，例如，环形透镜的数量还可以为3层、4层、7层等，本申请对此不做具体限制，只需龙伯透镜天线10能够实现其上述功能即可。

在各层环形透镜中，任意两层环形透镜的介电常数值互不相同。具体地，按照各环形透镜在径向方向由内至外的排布顺序，各环形透镜的介电常数值依次递减，最里层环形透镜的介电常数值最高，最外层环形透镜的介电常数值最低。同时，相邻两层环形透镜的介电常数值之比为定值，即对于每一层环形透镜而言，其介电常数值与里一层环形透镜(或外一层环形透镜)的介电常数值的比值为一固定值，该比值是固定不变的。

以上述5层环形透镜为例，各层环形透镜的介电常数值从大至小分别为：第一环形透镜110的介电常数值、第二环形透镜112的介电常数值、第三环形透镜114的介电常数值、第四环形透镜116的介电常数值和第五环形透镜118的介电常数值。同时，第一环形透镜110的介电常数值与第二环形透镜112的介电常数值的比值，第二环形透镜112的介电常数值与第三环形透镜114的介电常数值的比值，第三环形透镜114的介电常数值与第四环形透镜116的介电常数值的比值，第四环形透镜116的介电常数值与第五环形透镜118的介电常数值的比值均是相同的。

如此，可通过多个阶跃介电常数值逼近理想龙伯透镜的连续介电常数分布情况，使得柱形龙伯透镜符合龙伯透镜天线10的分层原理，并可采用该柱形龙伯透镜实现通信。同时，通过多层圆柱结构的环形透镜，可实现龙伯透镜天线10的低剖面和易共形。该多层结构的环形透镜可将球面波或柱面波转化为平面波，从而提高龙伯透镜天线10的增益。

在其中一个实施例中，各层环形透镜的厚度互不相同，即任意两层环形透镜的厚度互不相同以实现龙伯透镜天线10特性。此外，上述柱形龙伯透镜可通过3D打印机进行打印得到，即通过3D打印机多次打印单层圆柱壳(每层圆柱壳为一层环形透镜)实现不同的介电常数值和几何参数(几何参数可包括该层环形透镜的半径、厚度和曲率)，从而可在降低制备难度的同时提高天线结构的稳定性。

上述龙伯透镜天线10中，采用柱形龙伯透镜进行实现，其中柱形龙伯透镜包括沿径向方向由内至外依次设置的若干层环形透镜，各环形透镜的介电常数值互不相同且由内至外依次递减，相邻两层环形透镜的介电常数值之比为定值。如此，该柱形龙伯透镜既可符合龙伯透镜天线10的分层原理，同时，与理想龙伯透镜相比，又可实现低剖面并简化天线结构，满足了龙伯透镜天线10的应用需求并可实现小型化的龙伯透镜天线10。

在一个实施例中，龙伯透镜天线10还包括馈源120，该馈源120设置于最外层的环形透镜上。其中，最外层的环形透镜为与圆心距离最远的环形透镜，例如图1中的第五环形透镜118。

具体而言，馈源120在最外层环形透镜上具体设置位置，以及具体设置方式均可根据馈源120的实现方式、数量、天线设计参数等因素确定，本申请对此不作具体限制。可以理解，本申请可采用现有技术中任意材料、任意数量、任意形状的馈源120进行实现，当馈源120中包括多个子部件时，各子部件之间的排布方式可按照子部件的材料、数量、形状、天线设计参数、应用场景、工作频段等因素确定，本申请对此不作具体限制。

在其中一个实施例中，如图2所示，馈源120可以包括若干个金属片122，各个金属片122均设置在最外层环形透镜上，且沿柱形龙伯透镜的周向方向依次排布。各金属片122之间可保持一定的间隔距离，间隔距离的具体值可根据实际情况以及设计需求进行确定，本申请对此不作具体限制。

本实施例中，通过将馈源120设置在柱形龙伯透镜的侧面，从而可降低龙伯透镜天线10的整体剖面高度，有利于实现集成化。

在一个实施例中，龙伯透镜天线10还包括移动机构，移动机构机械连接馈源120，以调整馈源120与柱形龙伯透镜的相对位置。具体而言，移动机构可以基于现有技术中任意原理实现，例如可通过传动装置进行实现。当移动机构相对于柱形龙伯透镜移动时，其会携带馈源120一并移动，此时馈源120与柱形龙伯透镜的相对位置发生变化。如此，可灵活调整多波束波的覆盖范围，提高龙波透镜天线的使用灵活性。

在一个实施例中，提供了一种相控阵天线阵列，包括多个上述的龙伯透镜天线10。在该相控阵天线阵列中，相控阵天线阵列可为各龙伯透镜天线10进行馈电，以使各龙伯透镜天线10实现宽波束扫描和波束切换控制。进一步地，该相控阵天线阵列可为微带相控阵天线阵列。

在一个实施例中，本申请实施例提供了一种通信设备，包括上述的相控阵天线阵列。该通信设备可应用于5G(5th Generation Mobile Networks，第五代移动通信技术)通信或者为卫星动中通，例如可以为基站、地面控制中心等。

在一个实施例中，本申请还提供了一种雷达系统，包括上述的相控阵天线阵列。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种龙伯透镜天线，其特征在于，包括柱形龙伯透镜；

所述柱形龙伯透镜包括沿径向方向由内至外依次设置的若干层环形透镜，各所述环形透镜的介电常数值互不相同且由内至外依次递减，相邻两层所述环形透镜的介电常数值之比为定值。

2.根据权利要求1所述的龙伯透镜天线，其特征在于，所述龙伯透镜天线还包括馈源，所述馈源设置在最外层的环形透镜上。

3.根据权利要求2所述的龙伯透镜天线，其特征在于，所述馈源包括若干个金属片，各所述金属片沿所述柱形龙伯透镜的周向方向，依次设置在最外层的环形透镜上。

4.根据权利要求2所述的龙伯透镜天线，其特征在于，所述龙伯透镜天线还包括移动机构；所述移动机构连接所述馈源，以调整所述馈源与所述柱形龙伯透镜的相对位置。

5.根据权利要求1至4任一项所述的龙伯透镜天线，其特征在于，所述环形透镜的数量为5层。

6.根据权利要求1至4任一项所述的龙伯透镜天线，其特征在于，各所述环形透镜的厚度互不相同。

7.根据权利要求1至4任一项所述的龙伯透镜天线，其特征在于，所述龙伯透镜天线为毫米波天线。

8.一种相控阵天线阵列，其特征在于，包括多个如权利要求1至7任一项所述的龙伯透镜天线。

9.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的相控阵天线阵列。

10.一种雷达系统，其特征在于，包括如权利要求8所述的相控阵天线阵列。

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