介电透镜制造技术

本实用新型专利技术公开了介电透镜。该介电透镜包括：介电材料的三维3D主体，其具有在空间上变化的介电常数Dk；该3D主体具有至少三个区域R(i)，所述至少三个区域具有相对于至少三个区域R(i)中的对应区域的周围区域的介电常数值Dk(i)的局部最大值，所述至少三个区域R(i)的位置由相对于与3D主体相关联的特定公共原点的方位角(i)、天顶角(i)和径向距离(i)的局部坐标来限定，其中，(i)是范围从1到至少3的索引；其中，3D主体的在空间上变化的Dk被配置成以给定方位角和给定径向距离根据第一区域与第二区域之间的天顶角而变化。第二区域之间的天顶角而变化。第二区域之间的天顶角而变化。

【技术实现步骤摘要】
介电透镜
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年4月8日提交的美国临时申请序列第63/006,976 号的权益，其全部内容通过引用并入本文中。


[0003]本公开总体上涉及介电透镜，具体涉及具有至少三个不同的聚焦或散焦部分的介电透镜，并且更具体地涉及电磁EM设备，该电磁EM设备具有相控阵天线，该相控阵天线被布置和配置成用于与具有至少三个不同的聚焦或散焦部分的介电透镜进行EM通信。

技术介绍

[0004]相控阵天线在沿EM辐射的传播方向在一个或两个方向上对EM波前进行操控(steering)方面是有用的。在通常的平面相控阵列中，由于有效孔径随着操控角的增大而减小，因此操控能力可能受到限制。为了提高操控能力，现有系统采用了更多的相控阵天线基站段和/或Luneburg透镜。可以理解，相控阵天线基站段的数目的增加导致附加成本和硬件空间，并且使用Luneburg透镜需要使用非平面阵列。
[0005]虽然现有的EM相控阵通信系统可能适合于其预期目的，但是将通过克服现有技术的缺点的介电透镜或者介电透镜与相控阵天线的组合来发展与这样的系统有关的技术。

技术实现思路

[0006]实施方式包括一种介电透镜，该介电透镜具有：介电材料的三维3D 主体，其具有在空间上变化的介电常数Dk；该3D主体具有至少三个区域 R(i)，所述至少三个区域具有相对于至少三个区域R(i)中的对应区域的周围区域的介电常数值Dk(i)的局部最大值，所述至少三个区域R(i) 的位置由相对于与3D主体相关联的特定公共原点的方位角(i)、天顶角(i)和径向距离(i)的局部坐标来限定，其中，(i)是范围从1到至少3 的索引；其中，3D主体的在空间上变化的Dk被配置成以给定方位角和给定径向距离根据第一区域与第二区域之间的天顶角而变化。
[0007]实施方式包括介电透镜，该介电透镜具有：介电材料的三维3D主体，该三维3D主体具有在空间上变化的Dk，该在空间上变化的Dk沿具有不同的方向和特定公共原点的至少三个不同的射线从特定公共原点到3D主体的外表面而变化，该特定公共原点被3D主体包围；其中，至少三个不同的射线限定3D主体的至少三个区域R(i)中的对应区域的位置，所述至少三个区域具有相对于至少三个区域R(i)中的对应区域的紧接周围区域的介电材料的介电常数值Dk(i)的局部最大值，其中，(i)是范围从 1到至少3的索引；其中，3D主体的介电材料具有沿3D主体内的任何路径从至少三个区域R(i)中的每一个到至少三个区域R(i)中的任何另一个的在空间上变化的Dk。
[0008]实施方式包括电磁EM设备，该电磁EM设备具有：相控阵天线；以及根据前述透镜中的任何一个的介电透镜；其中，各个介电透镜被配置和设置成与当被电磁激励时的相控阵
天线进行EM通信。
[0009]从以下在结合附图时进行的对本技术的详细描述，本技术的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。
附图说明
[0010]参照示例性非限制附图，其中，在附图中相似元件的附图标记类似：
[0011]图1描绘了根据实施方式的介电透镜的3D框图分析模型的旋转等距视图，该介电透镜表示位于示例相控阵天线上方的示例透镜；
[0012]图2A和图2B描绘了根据实施方式的通过x
‑
z平面切割的图1的实施方式的正视截面图；
[0013]图3描绘了根据实施方式的图1的实施方式的自顶向下平面图；
[0014]图4A描绘了根据实施方式的图1的半对称视图的旋转等距视图；
[0015]图4B描绘了根据实施方式的通过图4A中描绘的半对称视图的对应剖切的截面切片L1
‑
L4；
[0016]图4C描绘了根据实施方式的图4B的截面切片L3和L4的放大图；
[0017]图5描绘了根据实施方式的如本文所应用的球面坐标系的表示；
[0018]图6描绘了根据实施方式的另一示例介电透镜的透明自顶向下平面图，该介电透镜与图1的介电透镜相似但是具有不同的形状和外部轮廓；
[0019]图7A至图7J在旋转等距视图中描绘了根据实施方式的本文中公开的任何透镜的示例替选3D形状；
[0020]图8A至图8E描绘了根据实施方式的图7A至图7J的3D形状的示例 2D x
‑
y平面剖视图；以及
[0021]图9A至图9C在旋转等距视图中示出了根据实施方式使用的代表性替选表面。
具体实施方式
[0022]尽管以下详细描述出于说明目的而包括许多细节，但是本领域的普通技术人员将理解，以下细节的许多变化和改变在权利要求的范围内。因此，以下示例实施方式是在对本文中公开的所要求保护的技术不造成一般性损失并且不施加限制的情况下阐述的。
[0023]如各个附图示出的和所附文本描述的那样，实施方式提供了三维3D 介电透镜，该三维3D介电透镜具有至少三个不同的聚焦或散焦部分，这些聚焦或散焦部分策略上位于透镜的主体内，所述透镜在结构上和电磁上被配置成与相控阵天线协作以便利于EM波前相对于EM辐射波前的传播方向成+/
‑
90度的射束操控，从而在无需增加基站段的情况下提供更大的信号覆盖范围。3D介电透镜的至少三个不同的聚焦/散焦部分中的每一个由具有介电常数Dk值的局部最大值的对应区域形成，这将在下面详细讨论。如本文所使用的，术语介电透镜是指介电材料的3D主体，该3D主体用于改变辐射EM能量的空间分布，并且如本文所公开的，更具体地用于经由至少三个聚焦/散焦部分来改变辐射EM能量的空间分布，与用作辐射天线本身相对照。
[0024]尽管本文描述或示出的实施方式可以将特定几何形状或分析模型描绘为示例性介电透镜，但是应当理解，本文中公开的实施方式也适用于适合于本文中公开的目的且落
入所附权利要求书的范围内的其他几何形状或结构。因此，应当理解，在此提供的图示仅用于说明目的，而不应被解释为出于本文所公开的目的的唯一可能的构造。例如，本文中下面描述的几个附图是指示例分析块元件104(参见图4A)，该分析块元件仅出于说明目的，并且不应被解释为限制，因为可以预期，所附权利要求书还涵盖如下介电透镜构造，该介电透镜构造具有从透镜的一个区域到透镜的另一区域的介电常数的逐渐而不是阶梯式的过渡。如果本文中未明确公开，则落入所附权利要求书范围内的所有构造均被构想到并且被认为是固有的。
[0025]现在参照图1至图9C，其中：图1描绘了代表本文中公开的示例实施方式的介电透镜的3D框图分析模型的旋转等距视图，该介电透镜表示位于示例相控阵天线上方的示例透镜；图2A和图2B描绘了通过x
‑
z平面切割的图1的实施方式的正视截面图(在本文中称为半对称视图)；图3 描绘了图1的实施方式的自顶向下平面图；图4A描绘了图1的半对称视图的旋转等距视图(3
‑
1/2块元件104的厚度)，在图2A和图2B中也可以看到，其中描绘了示例D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介电透镜，其特征在于包括：介电材料的三维3D主体，其具有在空间上变化的介电常数Dk；所述3D主体具有至少三个区域R(i)，所述至少三个区域具有相对于所述至少三个区域R(i)中的对应区域的周围区域的介电常数值Dk(i)的局部最大值，所述至少三个区域R(i)的位置由相对于与所述3D主体相关联的特定公共原点的方位角(i)、天顶角(i)和径向距离(i)的局部坐标来限定，其中，(i)是范围从1到至少3的索引；其中，所述3D主体的在空间上变化的Dk被配置成以给定方位角和给定径向距离至少根据第一区域与第二区域之间的天顶角而变化；其中，所述3D主体的在空间上变化的Dk还被配置成以给定方位角和给定径向距离根据所述第一区域与第三区域之间的天顶角而变化；其中，所述3D主体的在空间上变化的Dk还被配置成以给定天顶角和给定径向距离根据所述第二区域与所述第三区域之间的方位角而变化；其中，所述3D主体的在空间上变化的Dk还被配置成根据所述特定公共原点与所述第一区域之间的径向距离而变化；其中，所述3D主体的在空间上变化的Dk还被配置成根据所述特定公共原点与所述第二区域之间的径向距离而变化；其中，所述3D主体的在空间上变化的Dk还被配置成根据所述特定公共原点与所述第三区域之间的径向距离而变化；其中，所述3D主体的距所述特定公共原点达限定径向距离rk处的Dk等于或大于空气的Dk且等于或小于2；其中，具有所述至少三个区域R(i)的所述3D主体被配置成连同所述透镜的其他聚焦区域一起相长地使入射的EM辐射折射，以实现给定的期望辐射角度，所述至少三个区域具有介电常数值Dk(i)的局部最大值。2.根据权利要求1所述的介电透镜，其中，所述给定径向距离是第一给定径向距离，并且进一步地其中：所述3D主体的在空间上变化的Dk还被配置成以所述给定方位角和第二变化径向距离根据所述第一区域与所述第二区域之间的天顶角而变化，所述第二变化径向距离根据所述天顶角而变化。3.根据权利要求1或2所述的介电透镜，其中：所述3D主体具有基本区域和外表面区域，并且所述特定公共原点在所述基本区域附近。4.根据权利要求1或2所述的介电透镜，其中：在相距180度的对应方位角处的所述第二区域和所述第三区域关于彼此对称。5.根据权利要求1或2所述的介电透镜，其中：所述特定公共原点处的所述3D主体的Dk等于或大于空气的Dk且等于或小于1.2。6.根据权利要求1或2所述的介电透镜，其中：rk等于或小于2λ，其中，λ是工作电磁辐射信号的自由空间中的波长。7.根据权利要求6所述的介电透镜，其中：rk等于或小于1.5λ。8.根据权利要求7所述的介电透镜，其中：rk等于或小于1λ。
9.根据权利要求8所述的介电透镜，其中：rk等于或小于2/3λ。10.根据权利要求9所述的介电透镜，其中：rk进一步地等于或小于1/2λ。11.根据权利要求6所述的介电透镜，其中：所述工作电磁辐射信号能够以如下频率范围工作：等于或大于1GHz且等于或小于300GHz。12.根据权利要求11所述的介电透镜，其中：所述工作电磁辐射信号能够以如下频率范围工作：等于或大于10GHz且等于或小于90GHz。13.根据权利要求12所述的介电透镜，其中：所述工作电磁辐射信号能够以如下频率范围工作：进一步地等于或大于20GHz且等于或小于60GHz。14.根据权利要求13所述的介电透镜，其中：所述工作电磁辐射信号能够以如下频率范围工作：进一步地等于或大于20GHz且等于或小于40GHz。15.根据权利要求1或2所述的介电透镜，其中：所述第一区域以等于或大于0度且等于或小于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：特雷弗，
申请(专利权)人：罗杰斯公司，
类型：新型
国别省市：