适于3D打印的全介质多波束扫描龙勃透镜结构及打印方法技术

本发明专利技术公开的适于3D打印的全介质多波束扫描龙勃透镜结构，属于电磁超材料领域。本发明专利技术的适于3D打印的全介质多波束扫描龙勃透镜结构为球形，球形龙勃透镜由两个3D打印半球形透镜拼接而成；单个3D打印半球形龙勃透镜结构包括支撑层、满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层及满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层中间隙的填充材料。本发明专利技术还公开全介质多波束扫描龙勃透镜结构3D打印方法。本发明专利技术还公开全介质多波束扫描龙勃透镜天线，将3D打印印得到的球状全介质多波束扫描龙勃透镜加上馈源，形成龙勃透镜天线。本发明专利技术通过3D打印实现小尺度、多功能、超宽频、高定向性的龙勃透镜天线，具有能够实现工业应用、轻量化结构的优点。

Structure and Printing Method of All-dielectric Multi-beam Scanning Lombo Lens Suitable for 3D Printing

The invention discloses an all-dielectric multi-beam scanning Longbo lens structure suitable for 3D printing, which belongs to the field of electromagnetic metamaterials. The structure of the all-medium multi-beam scanning Longbo lens suitable for 3D printing is spherical, and the spherical Longbo lens is composed of two 3D printing hemispherical lenses; the single 3D printing hemispherical Longbo lens structure includes a support layer, a multi-layer gradient structure layer satisfying the refractive index distribution of the Longbo lens and a filling material satisfying the gap between the multi-layer gradient structure layer satisfying the refractive index distribution of the Longbo lens. The invention also discloses a method for 3D printing of the whole medium multi-beam scanning Longbo lens structure. The invention also discloses an all-dielectric multi-beam scanning Longbo lens antenna, and forms a Longbo lens antenna by adding a feed to the spherical all-dielectric multi-beam scanning Longbo lens obtained by 3D printing. The invention realizes a small-scale, multi-functional, ultra-wideband and highly directional Longbo lens antenna by 3D printing, and has the advantages of realizing industrial application and lightweight structure.

【技术实现步骤摘要】
适于3D打印的全介质多波束扫描龙勃透镜结构及打印方法
本专利技术专利涉及适于3D打印的全介质多波束扫描龙勃透镜结构及打印方法，属于电磁超材料领域。
技术介绍
多波束天线在毫米波无线通讯系统中具有重要作用，在卫星通讯系统，毫米波无源成像系统及飞机指挥塔雷达等领域被广泛应用。这类应用场合对设计的多波束天线提出了严苛的技术要求，如：大角度范围内的定向波束扫描，无惯性快速扫描与跟踪，高增益与高口径效率，适用于多种极化模式的电磁波等。结构紧凑，宽频带大角度毫米波多波束天线已是各国毫米波技术研发的重要方向。传统的多波束天线比较典型的有抛物面反射器，相控阵天线。抛物面天线波束覆盖范围小，波束差异性大，且在实现多目标追踪时需要使用多副天线，极大的占据了舰载的有限空间，并需要同时转动繁重的天线基座导致扫描速度较慢；相控阵天线能实现较快的扫描速度，但是其相移网络复杂，成本高昂，损耗大，极大的限制了它的应用范围。因此，研发小尺寸，低质量，小惯性，高增益，超宽频，大角度范围的多波束天线具有很重大的科研与工程意义光学成像与聚焦领域的透镜可将发散的电磁能量转换为定向性波束，这为多波束天线的设计提供了全新的路径，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适于3D打印的全介质多波束扫描龙勃透镜结构，其特征在于：龙勃透镜为球形，所述球形龙勃透镜由两个3D打印半球形透镜拼接而成；单个3D打印半球形龙勃透镜结构包括支撑层(1)、满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层(2)及满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层(2)中间隙的填充材料(3)；支撑层(1)位于水平大圆面上，垂直方向的大圆面剖面轮廓为二维半圆形，外形轮廓为二维半圆形的剖面结构由多层杆状结构周向阵列而成，在外形轮廓为二维半圆形的剖面上单个杆状结构的宽度沿径向呈由粗到细梯度变化；通过调节单个梯度杆状结构的空间填充率f，使多层杆状结构周向阵列的等效折射率n满足多层均匀离散的龙勃透镜折射率分布，其...

【技术特征摘要】
1.适于3D打印的全介质多波束扫描龙勃透镜结构，其特征在于：龙勃透镜为球形，所述球形龙勃透镜由两个3D打印半球形透镜拼接而成；单个3D打印半球形龙勃透镜结构包括支撑层(1)、满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层(2)及满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层(2)中间隙的填充材料(3)；支撑层(1)位于水平大圆面上，垂直方向的大圆面剖面轮廓为二维半圆形，外形轮廓为二维半圆形的剖面结构由多层杆状结构周向阵列而成，在外形轮廓为二维半圆形的剖面上单个杆状结构的宽度沿径向呈由粗到细梯度变化；通过调节单个梯度杆状结构的空间填充率f，使多层杆状结构周向阵列的等效折射率n满足多层均匀离散的龙勃透镜折射率分布，其中龙勃透镜折射率分布为其中r为距透镜球心的距离，R为三维球形龙勃透镜的半径，n为折射率，εeff为等效介电常数，等效介电常数εeff＝εdielectric×f+εair×(1-f)，εdielectric为选用介质材料的介电常数，εair为空气的介电常数，f为梯度杆状结构的空间填充率；通过旋转多层杆状结构周向阵列得到由多个旋转锥体组合而成满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层(2)；在满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层(2)之间的空隙填充支撑材料，实现支撑层(1)、满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层(2)及满足龙勃透镜折射率分布多层梯度结构层(2)中间隙的填充材料(3)组成的单个3D打印半球形透镜结构。2.全介质多波束扫描龙勃透镜结构3D打印方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：选取适用于3D打印的介质材料，测定其在4-20GHz范围的介电常数；步骤二：基于如权利要求1所述的适于3D打印的全介质多波束扫描龙勃透镜结构生成三维模型，将适于3D打印的全...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明继，陈锦，林艺跃，宋维力，方岱宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11