一种混合式菲涅尔透镜制造技术

本实用新型专利技术提供一种混合式菲涅尔透镜，包括数个全波区，每个全波区由数个同心环透镜体及环间缝隙排列而成的子区组成，所述数个全波区包括设置于内环的平面打孔部和设置于外环的沟槽部，且所述沟槽部由所述平面打孔部内首个无法制作的子区起始设置。所述混合式菲涅尔透镜最大限度地减小了沟槽式菲涅尔透镜的阴影效应及平面打孔式菲涅尔透镜制造限制的影响，使得其具有高增益、高带宽的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种混合式菲涅尔透镜
本技术涉及光学
，尤其涉及一种混合式菲涅尔透镜。
技术介绍
菲涅尔透镜天线有体积小，重量小，增益高等优点，其中，透镜的子区(subzone)越多，增益越高。在经典沟槽式菲涅尔透镜的设计中，由于相邻的子区存在高度差异，会产生阴影效应，影响增益。平面打孔式菲涅尔透镜的设计通过使用将原始设计中材料和空气的介电常数按比例进行等效，规避了经典沟槽式设计中子区的高度差，消除了阴影效应，使得增益增加。但是，平面打孔式菲涅尔透镜的制作由于需要在制作好的透镜上进行打孔操作使得该设计方法的实际制作非常困难。近年来，3D打印的发展，使得平面打孔式菲涅尔透镜的制作变得简单，通过引入不同大小的空心打印单元(unitcell)来实现不同的材料比例(infillpercentage)，即可实现不同的介电常数的等效，且打印单元越大材料比例越小，等效介电常数越小。但是，由于菲涅尔透镜本身的性质，子区由内到外环半径越来越小，而在一个全波区(full-wavezone)中，由于所需的介电常数越来越小，子区所需的打印单元尺寸将越来越大。在实际制作的过程中，当子区较多时，非常容易出现打印单元尺寸超过子区半径的现象，进一步地，由于在3D打印过程中，熔融材料从喷嘴沉积到建筑区域，喷嘴的直径决定了最小打印特征的大小，在一次印刷过程中通常不更换喷嘴，因此喷嘴的直径是固定的。因而导致了在设计子区较多的菲涅尔透镜天线时，使用平面打孔式设计将不能制作，迫使透镜设计者放弃平面打孔式设计中的不可处理的子区，从而将增益降低到比实际使用的沟槽式设计低的水平；或者只能使用经典的沟槽式设计，同样影响了增益。
技术实现思路
为解决子区较多的菲涅尔透镜天线在设计时只能使用受阴影效应影响极大的沟槽式设计，从而导致了增益低的问题，本技术提供了一种混合式菲涅尔透镜，将菲涅尔透镜天线分为内环的平面打孔部和外环的沟槽部，在设计时将从第一个不能制作的平面打孔部的子区开始改为经典的沟槽式设计，从而尽可能多地保留可3D打印制作的平面打孔式子区，最小化阴影效应的影响，最大化增益。为了实现上述目的，本技术提供的具体技术方案如下：一种混合式菲涅尔透镜，包括数个全波区，每个全波区由数个同心环透镜体及环间缝隙排列而成的子区组成，优选地，所述数个全波区包括设置于内环的平面打孔部和设置于外环的沟槽部，且所述沟槽部由所述平面打孔部内首个无法制作的子区起始设置。最好,所述制作包括3D打印。优选地，所述数个全波区通过支臂互相联接固定。优选地，所述同心环透镜体及环间缝隙的环宽沿圆心向外延伸的方向逐级递减。最好，在所述平面打孔部中，所述同心环透镜体的高度相同；在所述沟槽部中，每个全波区的所述同心环透镜体的高度沿圆心向外延伸的方向逐级递减。优选地，所述平面打孔部内设有贯通所述同心环透镜体的空心打印单元，且每个全波区的所述空心打印单元的尺寸沿圆心向外延伸的方向逐级递增。优选地，所述沟槽部的设置位置满足：在所述平面打孔部内，当所述同心环透镜体中空心打印单元的尺寸大于所述同心环透镜体的环宽时，开始设置所述沟槽部。本技术的有益效果：(1)、本申请所述的混合式菲涅尔透镜天线将平面打孔式菲涅尔透镜和沟槽式菲涅尔透镜相结合，最大限度地减小了沟槽式菲涅尔透镜的阴影效应及平面打孔式菲涅尔透镜制造限制的影响，使得其具有高增益、高带宽的特点。(2)、本申请可以将菲涅尔透镜天线在大型化的同时提高增益并控制阴影效应的影响，以保证增益的最大化。(3)、本申请所述的混合式菲涅尔透镜天线以平面打孔式菲涅尔透镜为基础，并在平面打孔部内首个无法制作的子区起始设置沟槽式菲涅尔透镜体，使得其整体能够直接3D打印制作，避免了因平面打孔式菲涅尔透镜的全波区或子区数目太多，而迫使透镜设计者放弃打孔式设计中的不可处理的子区，从而将增益降低到比实际使用的沟槽式设计还低的水平。附图说明图1是沟槽式菲涅尔透镜的立体图；图2是沟槽式菲涅尔透镜的剖面示意图；图3是平面打孔式菲涅尔透镜的立体图；图4是平面打孔式菲涅尔透镜的剖面示意图；图5是平面打孔式菲涅尔透镜中一个全波区的结构示意图；图6是本申请一种优选实施例中混合式菲涅尔透镜的立体图；图7是本申请一种优选实施例中混合式菲涅尔透镜的剖面示意图；图8是本申请一种优选实施例中目标频率为30GHz时波导的归一化辐射方向图；图9是本申请一种优选实施例中菲涅尔透镜和波导的位置示意图。其中，1-全波区；2-子区，21-同心环透镜体，22-环间缝隙；3-平面打孔部；4-沟槽部；5-空心打印单元。具体实施方式如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”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技术和简化描述，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技术的限制。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“联接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“数个”、“多组”的含义是两个或两个以上。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。参照图1-图2，其中示出了沟槽式菲涅尔透镜的立体图与剖面示意图，由图中可见，沟槽式菲涅尔透镜包含数个全波区1，每个全波区1又包含数个子区2，通过调整每个子区2的高度，使得相邻区域间的相位差等于所需的相位补偿。但是由于相邻子区2之间的存在高度差异，沟槽式菲涅尔透镜会受到阴影效应的影响，从而降低了其增益。参照图3-图5，其中示出了平面打孔式菲涅尔透镜的立体图、剖面示意图及一个全波区1的结构示意图，由图中可见，平面打孔式菲涅尔透镜同样包含数个全波区1，每个全波区1又包含数个子区2，且每个子区2的高度等同，通过改变填充材料的百分比来模拟每个子区2中相对介电常数的变化。平面打孔式菲涅尔透镜可以通过3D打印来实现，在打印过程中，熔融材料从喷嘴沉积到建筑区域，形成大小不同的空心打印单元5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合式菲涅尔透镜，包括数个全波区，每个全波区由数个同心环透镜体及环间缝隙排列而成的子区组成，其特征在于，所述数个全波区包括设置于内环的平面打孔部和设置于外环的沟槽部，且所述沟槽部由所述平面打孔部内首个无法制作的子区起始设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合式菲涅尔透镜，包括数个全波区，每个全波区由数个同心环透镜体及环间缝隙排列而成的子区组成，其特征在于，所述数个全波区包括设置于内环的平面打孔部和设置于外环的沟槽部，且所述沟槽部由所述平面打孔部内首个无法制作的子区起始设置。


2.根据权利要求1所述的混合式菲涅尔透镜，其特征在于,所述制作包括3D打印。


3.根据权利要求2所述的混合式菲涅尔透镜，其特征在于，所述数个全波区通过支臂互相联接固定。


4.根据权利要求3所述的混合式菲涅尔透镜，其特征在于，所述同心环透镜体及环间缝隙的环宽沿圆心向外延伸的方向逐级递减。

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【专利技术属性】
技术研发人员：刘蒎，
申请(专利权)人：刘蒎，
类型：新型
国别省市：北京;11